dossierapplicazioni di motion control avanzato

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Fieldbus
&
74
Networks
HARDWARE E SOFTWARE PER L’AUTOMAZIONE DISTRIBUITA
www.ilb2b.it
FEBBRAIO 2013
DOSSIER APPLICAZIONI DI MOTION CONTROL AVANZATO
Supplemento a Automazione Oggi n° 360 Gennaio-Febbraio 2013 - In caso di mancato recapito inviare al CMP/CPO di Roserio - Milano per la restituzione al mittente previo pagamento resi - ISSN: 0392-8829
PRIMO PIANO DISPOSITIVI DI RETE ADATTI ALL’IMPIEGO IN
AMBIENTI ESTREMI
APPROFONDIMENTI RETI E TECNOLOGIE PER IL RISPARMIO
ENERGETICO NELL’ILLUMINAZIONE PUBBLICA
Touch Screen
Lettore
Codice a barre
Ř Legge e compara la maggior
parte dei codici industriale
VWDQGDUGLQFOXVL'DWD0DWUL[H
Pharmacode
Ř Letture multiple di codici a
barre di qualsiasi tipo in una
singola immagine
Ř Configurazione e monitoraggio
tramite un touch screen
integrato, non è richiesto un
PC esterno
Ř Guida utente per il setup con
menu guidati
Ř Compatto, con robusta
custodia, con o senza
un illuminatore ad anello
integrato
Ř Uscita seriale per esportare i
dati del codice a barre
Ř Include svariate opzioni di
triggering
iVu legge
anche i
codici a barre
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MOTION CONTROL FOR
Mostra
Convegno
1 DAY EVENT
49 A Z I E N D E ESPOSITRICI
32 SESSIONI DI PRESENTAZIONE
PIÙ DI 800 VISITATORI
LA MOSTRA
IL CONVEGNO
I CONTENUTI
In uno spazio specifico sarà allestita
un’esposizione a cura delle aziende
partecipanti, in cui sarà possibile confrontarsi con l’attuale offerta commerciale.
Nel corso della giornata si susseguiranno seminari tecnici tenuti dalle aziende
espositrici della durata di 30 minuti ciascuno.
Il programma, l’agenda e i titoli dei seminari saranno aggiornati, man mano che
verranno confermati,
sul sito www.mostreconvegno.it/mc4
Fiera Milano Media rinnova l’appuntamento con la mostra convegno interamente dedicata alle tecnologie e
ai prodotti per il controllo del movimento. Questo
settore, che negli ultimi anni ha fatto registrare uno
sviluppo impressionante, si conferma come uno dei
più interessanti comparti non solo dal punto di vista
tecnico ma anche applicativo. L’interdisciplinarietà
della tecnologia motion abbraccia un orizzonte tecnologico estremamente ampio, che va dall’elettronica alla meccanica, dall’acquisizione dati alla
comunicazione.
Motion Control for si rivolge a tecnici e
progettisti operanti in ambito industriale e nel settore
energetico (impiantistica produttiva, macchine automatiche,
macchine utensili, manutenzione ecc.) che utilizzano:
- motori e motoriduttori
- servomotori
- azionamenti e regolatori di velocità
- controllo assi
- sistemi di posizionamento
- comandi e attuatori
- sensori e comunicazione
MOTION CONTROL FOR
MARTEDÌ 5 MARZO 2013
Per aderire
on line all’indirizzo www.mostreconvegno.it/mc4
Come arrivare
alla sede di Bologna Congressi
in auto: autostrada
La partecipazione ai seminari e alla mostra è gratuita, così come la documentazione e il buffet • A1 Milano/ Firenze/ Roma/ Napoli
• A13 Padova/ Venezia
• A14 Ancona/ Bari
• A15 La Spezia/ Genova
• A22 Verona/ Trento/ Brennero
Imboccando la tangenziale
si deve uscire allo svincolo n.7
(Via Stalingrado). In direzione “Centro Città”
e a 1,5 Km si trova il Palazzo dei Congressi.
in treno: Il Palazzo
dei Congressi
si trova a 2 Km dalla Stazione
Centrale FS.
Palazzo dei Congressi di Bologna
dalle ore 9.00 alle ore 17.00
Per informazioni: Tel. 02 49976533 - 02 49976518 -Fax 02 49976572
[email protected] - www.mostreconvegno.it/mc4
PRESSO LA SEDE DI:
OFFERTO DA:
MOTION CONTROL FOR
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Convegno
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PIÙ DI 800 VISITATORI
LA MOSTRA
IL CONVEGNO
I CONTENUTI
In uno spazio specifico sarà allestita
un’esposizione a cura delle aziende
partecipanti, in cui sarà possibile confrontarsi con l’attuale offerta commerciale.
Nel corso della giornata si susseguiranno seminari tecnici tenuti dalle aziende
espositrici della durata di 30 minuti ciascuno.
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verranno confermati,
sul sito www.mostreconvegno.it/mc4
Fiera Milano Media rinnova l’appuntamento con la mostra convegno interamente dedicata alle tecnologie e
ai prodotti per il controllo del movimento. Questo
settore, che negli ultimi anni ha fatto registrare uno
sviluppo impressionante, si conferma come uno dei
più interessanti comparti non solo dal punto di vista
tecnico ma anche applicativo. L’interdisciplinarietà
della tecnologia motion abbraccia un orizzonte tecnologico estremamente ampio, che va dall’elettronica alla meccanica, dall’acquisizione dati alla
comunicazione.
Motion Control for si rivolge a tecnici e
progettisti operanti in ambito industriale e nel settore
energetico (impiantistica produttiva, macchine automatiche,
macchine utensili, manutenzione ecc.) che utilizzano:
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MOTION CONTROL FOR
MARTEDÌ 5 MARZO 2013
Per aderire
on line all’indirizzo www.mostreconvegno.it/mc4
Come arrivare
alla sede di Bologna Congressi
in auto: autostrada
La partecipazione ai seminari e alla mostra è gratuita, così come la documentazione e il buffet • A1 Milano/ Firenze/ Roma/ Napoli
• A13 Padova/ Venezia
• A14 Ancona/ Bari
• A15 La Spezia/ Genova
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Imboccando la tangenziale
si deve uscire allo svincolo n.7
(Via Stalingrado). In direzione “Centro Città”
e a 1,5 Km si trova il Palazzo dei Congressi.
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dei Congressi
si trova a 2 Km dalla Stazione
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F&N Sommario
FEBBRAIO 2013
In questo numero
13
EDITORIALE
IEC 62603
di Paolo Pinceti
14
COVER STORY
Una piattaforma
di safety unica per
l’intero impianto
di Lucrezia Campbell
Primo piano
39
24
20
ATTUALITÀ IN BREVE
24
PRIMO PIANO
HIGH-LIGHT
Reti e tecnologie per
il risparmio energetico
nell’illuminazione pubblica
Progetto di città a
impatto zero
di Julia Arneri Borghese
Dossier
32
35
39
TAVOLA ROTONDA
L’onda wireless
di Alessandra Flammini,
Emiliano Sisinni
50
SUL CAMPO
Networking industriale
di prossima generazione
di Thomas Carlsson
52
Rilassarsi con
l’automazione
di Marco Fiorentino
53
Controllo efficiente
delle centrali
idroelettriche
54
Un aeroporto
all’avanguardia
di Luis Ignacio Martinez
56
BUILDING BLOCKS
La diagnostica non fa
più paura
Reti elettriche ‘smart’
di Paolo Ferrari, Alessandra
Flammini, Emiliano Sisinni,
Francesco Venturini
di Jim Krachenfels
L’accoppiata vincente
sulle strade di Basilea
36
46
Dispositivi di rete per
ambienti estremi
di Stefano Maggi
31
Migrazione di successo
di Patrizio Emilia
a cura di Antonella Cattaneo
di Alessandra Pelliconi
28
44
58
Lampioni a basso consumo
di Paolo Laganà
Reti di fabbrica e
sicurezza: la cyber
security
di Giancarlo Carlucci,
Massimo Daniele
DOSSIER
Applicazioni di motion
control avanzato
60
40
42
Partner per l’automazione
di Fabio Lama
SICUREZZA
TUTORIAL
Tracce da seguire…
di Mariano Severi
62
Dal controllo qualità
alla robotica: quando
l’Italia esporta
innovazione
Coesistenza… fra le reti
di Micaela Caserza Magro,
Paolo Pinceti
di Roberto Campani
Beckhoff Automation Srl
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Il Safety over Ethercat è il protocollo utilizzato dalla
gamma di prodotti TwinSAFE di Beckhoff per
la trasmissione sicura dei dati. L’utente ottiene
immediatamente numerosi benefi ci, come un unico e
omogeneo sistema di comunicazione per i dati standard
e i dati relativi alla sicurezza; la possibilità di instradare
i messaggi di sicurezza attraverso gateway standard,
bus di backplane, altri sistemi fi eldbus o anche sistemi
wireless; una logica di sicurezza decentralizzata, che
permette di dedicare il PLC standard esclusivamente
al controllo delle macchine; il monitoraggio dei dati di
processo sicuri nel controllore standard; una maggiore
varietà di dispositivi, grazie all’uso di un protocollo molto
diffuso e standardizzato.
FEBBRAIO 2013 FIELDBUS & NETWORKS
Mail e web di Fieldbus & Networks
ao-fen@fi eramilanomedia.it
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Gruppo Automazione
Oggi su
Seguici anche su
7
F&N
FEBBRAIO 2013
Fieldbus & Networks
Le aziende di questo numero
Aziende
HTTP
AMK DRIVES & CONTROLS
www.amk-drives.it
24
B&R AUTOMAZIONE INDUSTRIALE
www.br-automation.com
24
BECKHOFF AUTOMATION
www.beckhoff.it
BELDEN INTERNATIONAL
www.belden.com
32
BTICINO
www.bticino.it
52
EPLAN SOFTWARE & SERVICE
www.eplanitalia.it
20
ESAC
www.esacsrl.com
20
GF
www-gf-industries.it
42
HMS INDUSTRIAL NETWORKS
www.anybus.it
50
HONEYWELL BUILDING SOLUTIONS
www.honeywell.com
54
ICONICS
www.iconics.com
21
Switch Ethernet industriali
INLON ENGINEERING
www.inlon.it
-
MOLEX ITALY
www.molex.com
21
ORTECO
www.orteco.it
40
PANASONIC ELECTRIC WORKS IT.
www.panasonic-electric-works.it 22, 25, 40, 46
PARADOX ENGINEERING
www.pdxeng.ch
PHOENIX CONTACT ITALIA
www.phoenixcontact.it
25
PROFICHIP
www.profichip.com
21
ROCKWELL AUTOMATION
www.rockwellautomation.com
26, 44
SCHNEIDER ELECTRIC
www.schneider-electric.it
42, 58
SIEMENS
www.siemens.it
26
TSM TONIONI SERGIO MECCANICA
www.tonioni.it
40
WAGO ELETTRONICA
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26
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Standard IEEE802.3af e IEEE802.3at
Versioni PoE + Gigabit + Fibra
Versioni power boost 12-24 to 48V PoE
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sanzioni per un’infrazione possono essere molto gravi e il recupero di una reputazione
perduta può durare anni. Balluff conosce queste sfide. Il robusto sistema RFID aiuta
aziende di diversi settori a raggiungere la necessaria conformità alle normative. Il
sistema Balluff é allo stato dell’arte grazie alle sue caratteristiche di design, alla sua
compatibilità RF a livello globale e resistenza alle alte temperature. Per Balluff è perciò
ovvio offrire per i suoi prodotti anche la connettività CC-Link. L’accettazione a livello
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Fieldbus & Networks
FEBBRAIO 2013
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Supplemento ad Automazione Oggi 360 - Gennaio-Febbraio 2013 - Pubblicazione in diffusione gratuita
Aziendepag.
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Sede legale - Piazzale Carlo Magno, 1 - 20149 Milano
Sede operativa ed amministrativa: SS. del Sempione 28 - 20017 Rho (MI)
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Direzione
Aldo Brandirali Presidente
Antonio Greco Amministratore Delegato
Comitato
Tecnico
Evaldo Bartaloni (Clui-Exera), Micaela Caserza Magro (Università di Genova), Dario Fantoni
(Clui-Exera),Paolo Ferrari (Università di Brescia), Oscar Milanese (AssoAutomazione),
Paolo Pinceti (Università di Genova), Emiliano Sisinni (Università di Brescia)
Redazione
Antonio Greco Direttore Responsabile
Antonella Cattaneo Caporedattore
[email protected] - tel: 02 49976.503
Ilaria De Poli Coordinamento Fieldbus & Networks
Alessandra Pelliconi Segreteria
CLPA EUROPE9
CONSORZIO PNI23
CONTRADATA8 - 43
Collaboratori: Julia Arneri Borghese, Roberto Campani, Lucrezia Campbell,
Thomas Carlsson, Giancarlo Carlucci, Massimo Daniele, Patrizio Emilia, Marco
Fiorentino, Alessandra Flammini, Jim Krachenfels, Paolo Laganà, Fabio Lama,
Stefano Maggi, Luis Ignacio Martinez, Mariano Severi, Francesco Venturini
• Disegni: Aldo Raul Garosi
DEUTSCHE MESSE49
Grafica e
produzione
Mauro Spolaore Progetto grafico - Impaginazione
Franco Tedeschi Coordinamento grafici
Alberto Decari Coordinamento DTP
Prontostampa Srl uninominale Zingonia (BG) - Stampa
Nadia Zappa Ufficio Traffico - [email protected] - tel: 02 49976.534
Pubblicità
Giuseppe De Gasperis Sales Manager
[email protected] - tel: 02 49976.527 - Fax: 02 49976.570
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SWITZERLAND - IFF Media ag
Tel. +41 52 6330884 • Fax +41 52 6330899 • Website: www.iff-media.com
GERMANY – AUSTRIA - Map Mediaagentur Adela Ploner
Tel. +49 8192 9337822 • Fax +49 8192 9337829 • Website: www.ploner.de
USA - Huson International Media
Tel. +1 408 8796666 • Fax +1 408 8796669 • Website: www.husonmedia.com
TAIWAN - Worldwide Service co. Ltd
Tel. +886 4 23251784 • Fax +886 4 23252967 • Website:www.acw.com.tw
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Abbonamenti
N. di conto corrente postale per sottoscrizione abbonamenti:
48199749- IBAN: IT 61 A 07601 01600 000048199749 intestato a:
Fiera Milano Media SpA, Piazzale Carlo Magno,1, 20149 Milano.
Si accettano pagamenti con Carta Sì, Visa, Mastercard, Eurocard (www.ilb2b.it)
Tel. 02 252007200
Fax 02 49976.572
E-mail: [email protected]
Testata associata •
Associazione Nazionale Editoria Periodica Specializzata
Fiera Milano Media è iscritta al Registro Operatori della Comunicazione n° 11125 del 25/07/2003.
Autorizzazione alla pubblicazione del tribunale di Milano n° 71 del 20/02/1982. Tutti i diritti di
riproduzione degli articoli pubblicati sono riservati. Manoscritti, disegni e fotografie non si restituiscono.
Fieldbus & Networks è supplemento di Automazione Oggi. Tiratura: 8.000 copie - Diffusione 7.870
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Fieldbus & Networks
L’editoriale è a cura dei membri del comitato tecnico di Fieldbus & Networks
IEC 62603
(
)
Editoriale
I sistemi di automazione sono, per loro natura, qualcosa di complesso,
articolato, costituito da molte parti tra loro interagenti. Spesso si confonde il sistema di automazione con la macchina che implementa la supervisione e/o le logiche di controllo, e si parla perciò di PLC nel mondo
‘automazione di fabbrica’ e di DCS nel mondo ‘automazione di processo’.
Le ragioni storiche che hanno portato a sviluppare questi due filoni di macchine sono
oggi venute meno, e la piattaforma hardware e software è praticamente identica per
entrambi. Correttamente a livello di IEC è stato coniato un nuovo acronimo che integra
e dovrebbe sostituire i precedenti: Process Control System. PCS è quindi il nome generico con il quale dovremmo chiamare un sistema di automazione. Al di là del nome,
il PCS identifica non solo la macchina ‘logica’, ma l’intero sistema che include la strumentazione e gli attuatori in un unicum integrato dove lo scambio delle informazioni
viaggia attraverso la rete digitale che connette gli apparati intelligenti in campo (IFD)
con gli apparati ‘logici’ di controllo. Se quindi è sempre stato complesso realizzare le
specifiche dell’automazione, oggi in una visione integrata lo diventa ancor di più. È così
necessario che si sviluppino delle norme che possano semplificare il dialogo tra chi fa
le specifiche (progettisti, engineering, utenti finali) e chi produce i PCS. La IEC si sta
muovendo in questa direzione, ed è in fase di pubblicazione la nuova norma IEC 62603
‘Industrial Process Control Systems – Guideline for Evaluating Process Control Systems
- Part 1: Specifications’ che dovrà guidare i progettisti nella realizzazione delle specifiche dei PCS. Si tratta di una norma in un certo senso ‘storica’ perché è la prima volta
che una norma IEC viene proposta e sviluppata interamente dal Comitato Italiano (CEI).
L’idea originale di una guida per i progettisti di PCS nasce qualche anno fa all’interno
di Exera-Clui, l’associazione italiana di utenti di automazione, proprio per rispondere
all’esigenza degli utenti che trovano difficoltà ad avere, da parte dei costruttori, risposte puntuali alle loro necessità. D’altro lato i costruttori hanno immediatamente ben
accolto la proposta di una norma che facesse chiarezza sui termini, evitasse ambiguità,
e desse uno schema uniforme alle richieste provenienti da soggetti diversi. Grazie
al lavoro portato avanti dal gruppo di esperti italiani che ha visto lavorare assieme
utenti finali e produttori con il coordinamento tecnico della componente universitaria,
la norma ha preso forma ed è stata approvata nel giugno 2012 dall’insieme dei soci
di IEC. Ora è nella fase di revisione finale prima della pubblicazione. Aver lavorato su
questo progetto è stata un’esperienza gratificante e istruttiva. Da un lato ci ha messo
a confronto con tecnici ed esperti di tutte le nazioni del mondo (il Working Group internazionale ha 23 esperti di 16 paesi diversi), dall’altro ci ha fatto scontrare con la burocrazia IEC nei confronti della quale i nostri uffici pubblici sono una specie di giardino
d’infanzia. Proprio il confronto ci ha consentito di apprezzare la competenza tecnica e
l’abilità oratoria/politica di tutti quelli che hanno collaborato al progetto di norma. Se
per la prima un plauso è alle nostre scuole, la seconda è forse una prova della realtà
dell’eugenetica: l’uso e l’abuso di televisione e politica hanno portato noi italiani a
sviluppare capacità che in altri paesi più ‘normali’ non sono così ben sviluppate.
Paolo Pinceti
13
Fieldbus & Networks
F&N
COVER STORY
UNA
PIATTAFORMA
DI SAFETY UNICA
PER L’INTERO
IMPIANTO
I processi di produzione sono spesso compo- PER RISPONDERE A ESIGENZE DI SICUREZZA LA
sti da più fasi, eseguite da moduli macchina
indipendenti e interconnessi. La funzione di GAMMA DI PRODOTTI TWINSAFE DI BECKHOFF OFFRE
sicurezza locale è normalmente gestita all’in- SOLUZIONI INTELLIGENTI BASATE SUL PROTOCOLLO
terno del modulo stesso ma ciò non è suf- SAFETY OVER ETHERCAT
ficiente: ogni modulo macchina deve infatti
poter scambiare informazioni di sicurezza
anche con tutti gli altri moduli dell’impianto. Questo permette, Il vantaggio è che i dati relativi alla sicurezza e i dati di processo
ad esempio, di implementare funzioni di arresto di emergenza per standard possono essere trasmessi mediante lo stesso sistema
l’intera linea di produzione o di informare i moduli a monte e a di comunicazione senza alcun problema di reciproca interferenza.
valle circa l’attivazione delle funzioni di arresto in un certo punto Lo standard IEC 61784-3 definisce i requisiti della comunicazione
dell’impianto.
di sicurezza basata sul principio del black channel e ne descrive
In molti impianti di produzione, l’accoppiamento dei singoli di- i vari protocolli.
spositivi di sicurezza integrati nelle macchine si basa ancora su Il Safety over Ethercat è uno dei protocolli di sicurezza standardizconnessioni di I/O: i sensori di sicurezza come barriere luminose, i zati nell’IEC 61784-3 ed è quello utilizzato dalla gamma di prodotti
contatti sulle porte di protezione o i dispositivi di comando a due TwinSAFE di Beckhoff per la trasmissione sicura dei dati. L’utente
mani sono tenuti sotto controllo da dispositivi intermedi che a loro ottiene immediatamente numerosi benefici addizionali, come un
volta operano sulle uscite di sicurezza attraverso una logica a relè unico e omogeneo sistema di comunicazione per i dati standard e
relativamente poco flessibile.
i dati relativi alla sicurezza; la possibilità di instradare i messaggi
Nelle architetture di sicurezza più avanzate è tuttavia possibile di sicurezza attraverso gateway standard, bus di backplane, altri
riconoscere una crescente tendenza verso l’uso di reti di comuni- sistemi fieldbus o anche sistemi wireless; una logica di sicurezza
cazione per trasmettere le informazioni di sicurezza, a discapito decentralizzata, che permette di dedicare il PLC standard escludelle semplici connessioni di I/O. I sensori di sicurezza intelligenti, sivamente al controllo delle macchine; il monitoraggio dei dati di
come gli scanner laser o i sistemi di monitoraggio basati su te- processo sicuri nel controllore standard; una maggiore varietà di
lecamere, nonché gli azionamenti con funzioni di monitoraggio dispositivi, grazie all’uso di un protocollo molto diffuso e standare di arresto, possono essere collegati alla logica di sicurezza dizzato.
tramite un bus di sicurezza, o safety bus. L’utilizzo di un safety
bus dedicato si traduce in importanti benefici per l’architettura Produzione di pannelli per armadi
di sicurezza, analoghi a quelli ottenuti a seguito dell’introduzione Un impianto per la produzione di pannelli di truciolare per armadi
dei sistemi fieldbus standard. Ad esempio, riduzione dei tempi di può essere preso come esempio di una tipica struttura modulare.
reazione con una conseguente maggiore sicurezza delle macchine, Generalmente, un impianto di questo tipo è costituito da un moincremento delle funzionalità di diagnostica (specifiche al canale), dulo per alimentare la linea con nuovi pannelli, una sega a nastro
flessibilità dell’espansione e una chiara architettura della mac- e una sega mobile per il taglio a lunghezza, varie macchine di
foratura e fresatura e una macchina di lavorazione dei bordi. Tutti
china o dell’impianto.
Incapsulando tutti i meccanismi per il rilevamento degli errori di questi moduli sono connessi meccanicamente da convogliatori a
trasmissione in un ‘contenitore di sicurezza’, diventa però possi- rulli che portano i pannelli verso un’unità finale di impilaggio o
bile l’utilizzo di un protocollo di sicurezza indipendente dal sistema imballaggio.
di comunicazione standard impiegato. Le eventuali funzionalità L’interazione dei moduli macchina, sotto la guida di un controllore
di controllo di integrità dei dati, utilizzate nello specifico bus di master che specifica quale parte dell’armadio deve essere procomunicazione, non vengono tenute in considerazione per la tra- dotta, è realizzata tramite una rete estesa all’intero impianto. Se
smissione sicura, secondo un principio noto come black channel. i moduli macchina utilizzano lo stesso sistema di comunicazione,
14
Cover story Beckhoff Automation
Funzioni di sicurezza
integrate nel PLC
si ottiene una struttura di comunicazione omogenea. In alcune
circostanze, invece, l’impianto è composto da moduli forniti da
diversi produttori che internamente utilizzano sistemi di comunicazione differenti, dando luogo a una struttura di comunicazione
eterogenea.
Funzioni di sicurezza nei singoli moduli
macchina
Le funzioni di sicurezza dei moduli macchina vengono normalmente risolte all’interno del singolo modulo. Ad esempio, se una
copertura di sicurezza viene aperta, il controllore deve far partire
una funzione che arresta in modo sicuro i movimenti pericolosi
all’interno del modulo stesso (ad esempio, arresto della lama
della sega). Pertanto, il controllore di sicurezza, sulla base delle
informazioni d’ingresso provenienti dai sensori e sulla logica implementata dall’utente, stabilisce la reazione e determina quali
uscite attivare. Oltre allo stato degli ingressi, esso necessita di
informazioni dettagliate sullo stato e sulla capacità funzionale dei
componenti interessati.
Le informazioni diagnostiche specifiche al canale permettono di
reagire il più velocemente possibile alla rilevazione di errore. Se,
ad esempio, attraverso un rilevamento incrociato viene scoperto
un sensore difettoso, la specifica funzione di sicurezza per tale
sensore viene attivata in tempo reale, in modo che l’attenzione
dell’utente si concentri specificatamente sul dispositivo segnalato
come difettoso.
Architettura di sicurezza della fabbrica
Su un piano più elevato, risulta necessario scambiare informazioni
di sicurezza anche a livello d’impianto fra i moduli macchina, al
fine, ad esempio, di implementare funzioni di arresto di emergenza
all’intera struttura o di informare i moduli a monte e a valle circa
l’attivazione delle funzioni di arresto. Idealmente, tutte le aree
visibili da un pulsante di arresto di emergenza devono arrestarsi
all’attivazione di tale pulsante. In una situazione di pericolo, infatti,
è irrilevante che il pulsante di arresto di emergenza sia montato o
meno sul modulo macchina dove viene riconosciuto il pericolo, è
invece importante una reazione rapida. Tale informazione è necessaria anche per il carico e lo scarico di una stazione: il passaggio
di materiale tra due moduli deve infatti essere abilitato solo se l’utente non si trova nella zona di pericolo condivisa dai moduli stessi.
In questo ambito, lo scambio di informazioni specifiche al canale
per i singoli sensori e attuatori risulta meno importante; è invece
fondamentale la condivisione globale dello stato di sicurezza di
un modulo macchina e l’attivazione centrale delle funzioni di sicurezza. Pertanto l’interfaccia di comunicazione safety di ogni modulo
macchina deve permettere anche lo scambio di informazioni preelaborate e filtrate, così che l’utente possa scegliere quali informazione condividere tra i vari moduli.
Comunicazione eterogenea
La comunicazione a livello di campo utilizza sempre più spesso sistemi di comunicazione realtime basati su Ethernet per lo scambio
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Fieldbus & Networks
Architettura di comunicazione omogenea ed eterogenea con Ethernet: un’interfaccia di sicurezza consente lo scambio standardizzato di
dati tra i moduli macchina
di dati di I/O da/verso sensori e attuatori. Allo scopo, sul mercato
si sono stabilite varie tecnologie: Ethercat, Profinet, Ethernet/IP
e altre. I controllori di macchina, responsabili del funzionamento
dei singoli moduli, vengono solitamente collegati tra loro secondo
un modello di comunicazione master-master di livello superiore, in
modo da formare un unico sistema di produzione. Essi, pertanto,
fungono da gateway tra il sistema di comunicazione a livello di
campo e il controllo di livello superiore.
Poiché i sistemi bus utilizzati dal controllore del singolo modulo
macchina possono essere diversi tra loro, si rende necessaria una
funzione gateway di sicurezza per l’interconnessione in rete dei
moduli a livello d’impianto. Tale funzionalità consente l’implementazione delle funzioni di sicurezza estese all’intero impianto.
Per semplificare tale approccio si discute spesso di un protocollo di
sicurezza generico e indipendente dal bus. Questa condizione però
è tecnicamente difficoltosa e deve rispettare numerose e signifi-
cative condizioni al contorno. In primo luogo, la certificazione di un
dispositivo con interfaccia di comunicazione di sicurezza è complessa, perché il produttore del dispositivo richiede prove di conformità e tool adatti per ogni sistema di comunicazione. Il supporto
allo sviluppo è genericamente fornito dalle organizzazioni fieldbus
dei protocolli di sicurezza nativi. Per un protocollo generico, tuttavia, possono essere richieste prove di conformità da parte di diverse
organizzazioni che non collaborano fra loro, il che rende l’iter lungo
e non prevedibile in termini di risultato. Bisogna considerare inoltre
che i produttori dei singoli dispositivi implementano di preferenza
il protocollo di sicurezza nativo dell’interfaccia bus supportata dai
propri dispositivi standard, per poter avere un vantaggio competitivo a livello di mercato. Infine, i costi di ogni dispositivo di sicurezza
aumenterebbero considerevolmente se questo dovesse supportare
anche un secondo protocollo di sicurezza oltre a quello nativo.
Beckhoff, con il sistema TwinSAFE, offre agli utenti una maggior
L’ETHERCAT TECHNOLOGY GROUP (ETG)
L’
Ethercat Technology Group (ETG) sta elaborando una specifica che definisce un profilo applicativo per lo
scambio di dati sicuri fra i moduli macchina e i controlli di livello superiore sui protocolli di sicurezza. Dati
di processo sicuri, compressi e pre-elaborati, che ogni modulo macchina fornisce o riceve dall’esterno.
Quando due macchine comunicano fra loro, non è importante per gli interlocutori sapere che uno specifico azionamento sia in uno stato di sicurezza, o che un pulsante di arresto di emergenza sia stato premuto. Ciò che interessa
è, semplicemente, l’informazione che l’impianto considerato abbia o meno un problema di sicurezza e, in caso affermativo, se le sue apparecchiature possono continuare a produrre.
Questo significa rendere il contenuto delle informazioni di sicurezza da rappresentare all’esterno di un modulo
dell’impianto facilmente gestibile.Il profilo dell’interfaccia, ad esempio, contiene lo stato macchina generico relativo
alla sicurezza di un modulo, l’informazione circa l’eventuale arresto sicuro del modulo e, a volte, anche una possibile richiesta di arresto di emergenza di livello superiore. Se tali informazioni si riflettono sotto forma di una parola di
controllo o di stato in un punto fisso dell’interfaccia, si ottengono notevoli vantaggi tramite blocchi funzione predefiniti e opzioni diagnostiche riutilizzabili.
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libertà di scelta, una soluzione che permette di utilizzare protocolli
di sicurezza differenti in un punto ben definito all’interno del modulo macchina: il controllore di sicurezza, che è sempre presente in
ogni modulo macchina del sistema di produzione.
Il PLC di Sicurezza EL69xx Beckhoff è infatti dotato della capacità di creare una connessione verso un altro dispositivo utilizzando non solo Safety over Ethercat, ma anche
un altro protocollo di sicurezza come Profisafe (EL6930).
A differenza di un protocollo di sicurezza generico, che dovrebbe
essere integrato in tutti i dispositivi, la funzione gateway può
essere realizzata una sola volta in un modulo macchina. Inoltre,
utilizzando l’EL69xx, il gateway di sicurezza non deve nemmeno
essere un dispositivo autonomo, ma può essere implementato
come una sottofunzione del controllore di sicurezza. Ancora una
volta Beckhoff si dimostra all’avanguardia nella trattazione della
sicurezza e nella gestione semplificata di ambienti eterogenei. Due
fattori critici di successo che hanno rappresentato e rappresentano
una scelta dai molteplici benefici.
TWINSAFE EK1960 LA COMPLETEZZA IN UN INVOLUCRO
COMPATTO
I
terminali TwinSAFE di Beckhoff sfruttano al massimo le elevate prestazioni della rete Ethercat,
pe rmettendo di collegare un massimo di 128
dispositivi di sicurezza al PLC di sicurezza EL6900.
Nel formato compatto di un terminale elettronico
largo appena 12 mm, il PLC di sicurezza permette
l’utilizzo di 256 blocchi funzione integrati che possono essere configurati o programmati dall’utente
in base alla sua applicazione e che permettono di
raggiungere SIL 3, secondo EN IEC 61508, o PLe,
secondo DIN EN ISO 13849-1. Sono disponibili
terminali d’ingresso digitali a 24 Vc.c. (EL1904) e
terminali d’uscita digitali a 24 Vc.c. (EL2902 – 2,3
A e EL2904 – 0,5 A) per collegare rispettivamente
sensori o attuatori di sicurezza. Utilizzando la scheda opzionale AX5805, i servo azionamenti AX5000
di Beckhoff vengono dotati di funzioni di sicurezza motion accessibili al
PLC di sicurezza EL6900
mediante il bus Ethercat.
Recentemente, Beckhoff
ha esteso la sua offerta
di sicurezza introducendo un controllore compatto ma completo, che
integra un controllore
di sicurezza e numerosi canali di I/O. Il nuovo controllore compatto TwinSAFE EK1960
è rivolto ad applicazioni medio-piccole. Esso
combina un accoppiatore Ethercat, il PLC
TwinSAFE, 20 ingressi
digitali di sicurezza e 10
uscite digitali di sicurezza (di cui 8 uscite a
24 Vc.c. e 2 a contatto
libero da potenziale).
L’EK1960 è utilizzabile
come controllore autonomo o come controllore
decentralizzato. In caso di necessità, è possibile
aggiungere altri terminali Ethercat (nelle versioni
di sicurezza o standard) tramite l’interfaccia E-bus
integrata. Benché misuri solo 122 x 101 mm, il controllore compatto TwinSAFE EK1960 contiene tutte
le funzioni richieste per realizzare in modo efficiente
soluzioni di sicurezza medio-piccole a basso costo
per canale.
Esso è programmabile tramite il Safety Editor
integrato in Twincat come ogni altro componente
TwinSAFE e può stabilire fino a 32 connessioni con
altri dispositivi TwinSAFE. wL’EK1960 può essere
esteso con altri componenti di I/O e schede safety
per AX5000 tramite il protocollo FSoE attraverso
la rete Ethercat su cavi Ethernet standard, così da
poterlo adattare a compiti di sicurezza differenti.
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Fieldbus & Networks
FLESSIBILITÀ NEL LINGUAGGIO DI PROGRAMMAZIONE:
SAFETY-EDITOR PER FBD E C
Ampliamento delle funzioni safety nel TwinCAT3:
progettazione integrata e runtime safety scalabile per IPC
Grazie alla nuova generazione di software TwinCAT 3,
Beckhoff offre una soluzione Safety puramente software,
arricchita di funzionalità per la progettazione e per il runtime. Il nuovo concetto aumenta la flessibilità in termini di
scelta del linguaggio di programmazione (oltre alla tradizionale programmazione in FBD (Function Block Diagram)
è ora possibile programmare la logica di sicurezza in C) e la
possibilità d’impiego in applicazioni safety.
I Safety-Editor sono parte integrante dell’ambiente di progettazione TwinCAT-3 che è perfettamente integrato in
Visual Studio di Microsoft. Il noto strumento di sviluppo
viene utilizzato nella programmazione di applicazioni safety, PLC, motion control o di visualizzazione. TwinCAT 3
riunisce in un software tutte le funzionalità necessarie al
processo di sicurezza: configurazione, programmazione,
diagnostica, oltre al calcolatore TwinSAFE per determinare
il Performance Level ai sensi della nuova direttiva europea
sulle macchine.
TwinSAFE: soluzione di sicurezza scalabile
Con TwinSAFE Beckhoff offre una soluzione di sicurezza
software e hardware scalabile. Oltre ai noti terminali logici
di sicurezza del sistema di I/O Beckhoff (KL6904 per terminali bus e EL6900 per terminali Ethercat), con TwinCAT
Safety PLC si dispone anche di una pura soluzione software. I vantaggi della prima risiedono nella semplicità di
configurazione e funzionalità di sicurezza intrinseche. Per
applicazioni più complesse è previsto il TwinCAT Safety
PLC: con un PLC di sicurezza che gira sul PC industriale, ora
Beckhoff può offrire le stesse prestazioni già disponibili per
il controllo standard, anche per la tecnologia di sicurezza.
Nel tool di progettazione del TwinCAT 3 possono essere
configurate e programmate entrambi le soluzioni e questo,
non soltanto con il noto linguaggio di programmazione
TERMINALE ETHERCAT CON PLC DI SICUREZZA: COMPATTO,
FLESSIBILE, POTENTE
I
nuovi terminali TwinSAFE per il sistema di I/O Ethercat
sfruttano in maniera ottimale le elevate prestazioni di
Ethercat: al terminale con PLC di sicurezza EL6900 si possono collegare fino a 128 dispositivi fieldbus rilevanti ai fini
della sicurezza. Integrata in una morsettiera standard, questa soluzione di sicurezza risulta estremamente compatta
e garantisce la massima flessibilità, grazie al fatto di poter
collocare i dispositivi in qualunque posizione all’interno del
sistema bus terminal. Nel PLC di sicurezza sono integrati
256 function block che possono essere configurati o programmati a seconda dell’utilizzo previsto.
TwinSAFE, la tecnologia di sicurezza di Beckhoff, è già
stata integrata con successo nel sistema bus terminal
(K-Bus) ed è oggi in uso in molti settori in tutto il mondo.
L’integrazione della tecnologia TwinSAFE nel sistema di
terminali Ethercat (E-Bus), rende disponibili le elevate prestazioni di Ethercat, comunicazione veloce e diagnostica
potenziata, anche alla tecnologia di sicurezza.
Un ampio spettro di funzionalità in formato Ethercat
Terminal
Il PLC di sicurezza EL6900, di soli 12 mm di larghezza, è un
dispositivo estremamente compatto e può essere impiegato
in applicazioni safety fino a SIL 3 secondo IEC 61508 e EN
ISO 13849-1 PL e. Con l’EL6900 si possono integrare fino
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a 128 dispositivi ed elaborare 256 safety functional block.
All’occorrenza, il sistema può essere ampliato con ulteriori
moduli EL6900; in tal modo, le task di controllo safety possono essere eseguite in maniera centralizzata o decentralizzata, a seconda del tipo di impiego.
Sensori e/o attuatori di sicurezza possono essere collegati
tramite terminali di ingresso digitali 24 Vc.c. (EL1904) e terminali di uscita digitali 24 Vc.c. (EL2902 2,3A ed EL2904 0,5
A). È possibile installare i terminali TwinSAFE in qualsiasi
punto del sistema di terminali e di I/O distribuiti. Il PLC di
sicurezza EL6900 può essere impiegato anche come controllo di sicurezza per i servoamplificatori AX5000 Beckhoff,
collegati via Ethercat.
Una soluzione di sicurezza agevolmente integrabile in
TwinCAT
I safety function block vengono configurati in base all’applicazione da realizzare. In questo modo si possono selezionare e collegare, in maniera davvero semplice, funzioni di
sicurezza come arresto di emergenza, monitoraggio della
porta di protezione, comando a due mani, funzione muting
in serie/parallelo, controllo valvole, controllo del circuito di
retroazione e tutte le funzioni tipiche degli azionamenti.
L’applicazione può essere realizzata con una semplice configurazione nel TwinCAT System Manager oppure, in caso
Il nuovo Safety-Editor è parte integrante dell’ambiente di progettazione TwinCAT-3 ee è
perfettamente integrato in Visual Studio di Microsoft. TwinCAT riunisce in un software tutti
gli strumenti necessari al processo di sicurezza: configurazione, programmazione (FBD/C),
diagnostica e calcolatore TwinSAFE
di una maggiore complessità, con il software TwinCAT PLC
(IEC 61131-3). Tutti i parametri di sicurezza del Safety PLC
sono disponibili in TwinCAT e possono essere utilizzati da
un controllore standard. Un’ampia gamma di funzioni di diagnostica e monitoraggio è inoltre disponibile in una libreria
del TwinCAT PLC. Qualora sia necessaria assistenza tecnica,
il PLC di sicurezza EL6900 può essere sostituito senza ricaricare e verificare nuovamente il programma. La configu-
La soluzione Safety elaborata
per il sistema di terminali
Ethercat permette di
realizzare un controllo di
sicurezza decentralizzato che
opera in maniera semplice,
flessibile ed economico
FBD (Function Block Diagram), ma
anche con linguaggio di alto livello,
in C.
Ai sensi della nuova direttiva europea sulle macchine, il livello di
performance richiesto deve essere
dimostrato in maniera matematica;
a tal fine, normalmente, si ricorre a
strumenti esterni. Nell’ambiente di
sviluppo di TwinCAT è integrato il
calcolatore TwinSAFE con il quale
si possono richiamare tutti i dati già
precedentemente inseriti. Sensori e
attuatori esterni di sicurezza vengono inseriti in una banca dati. Con il
nuovo e moderno ambiente di progettazione, i controlli di sicurezza e,
naturalmente, i moduli input/output
di sicurezza, Beckhoff mette a disposizione un sistema completo e integrato per la tecnologia safety.
razione viene infatti automaticamente caricata e verifi cata
dal sistema, per cui si può fare a meno di dischi rimovibili
soggetti ad anomalie. Anche le procedure di caricamento e
salvataggio del progetto, in caso di un intervento di assistenza tecnica, sono superate. Un’altra caratteristica importante
è rappresentata dal tool di calcolo e di determinazione del
SIL o PL conformemente a EN IEC 62061 ed EN ISO 138491, integrato in TwinCAT. Risulta quindi superflua l’analisi
dell’applicazione safety, tipicamente
complessa, e l’invio dei risultati a
un tool aggiuntivo. Tutto questo si
traduce in un notevole risparmio in
termini di costi e lavoro. Per la sicurezza nello scambio dati, il sistema
TwinSAFE di Beckhoff utilizza il protocollo aperto Safety over Ethercat.
Possono essere impiegati supporti
diversi, come fibre ottiche, conduttori in rame, tratte radio o altri tipi
di percorsi dati, ad esempio barriere
fotoelettriche per trasmissione dati.
Safety over Ethercat è stato progettato per consentire una trasmissione
dati sicura tramite Ethercat ed è una
soluzione liberamente disponibile
agli aderenti all’Ethercat Technology
Group (ETG). Il protocollo di sicurezza è già supportato da molti produttori in tutto il mondo.
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Fieldbus & Networks
PIANIFICAZIONE
OTTIMIZZATA DEI CAVI
(
A cura di Antonella Cattaneo
)
Attualità
in breve
IL NUOVO TOOL DI PIANIFICAZIONE GLOBALE PRESENTATO
DA EPLAN OFFRE INNOVATIVE SOLUZIONI PER IL
CABLAGGIO SUL CAMPO, CONSENTENDO DI GENERARE
RAPIDAMENTE E CON FACILITÀ UNA DOCUMENTAZIONE
ESAUSTIVA
Eplan FieldSys permette di configurare, esattamente in scala, i percorsi
di posa dei cavi. Questo tool di pianificazione globale include tracciati,
gestione assistita da database dei percorsi dei cavi e analisi automatica
dei dati per accelerare i processi, semplificare l’assemblaggio e l’assistenza e assicurare una pianificazione altamente efficiente del sistema.
Eplan FieldSys è un modulo addizionale per il cablaggio sul campo, disponibile da ottobre 2012 con la nuova piattaforma Eplan 2.2. FieldSys
si basa su un layout di macchina/impianto 2D che può essere acquisito
in Eplan, per esempio, in formato DWG o DXF. All’interno della piattaforma Eplan, il sistema di configurazione può aggiungere i percorsi di
una rete, in scala, a questo layout e visualizzare i possibili percorsi di
posa dei cavi. Ciò significa che le connessioni fra il sistema di controllo
e i componenti sul campo possono essere pianificate in modo efficiente
e documentate in modo permanente. Lo stadio successivo riguarda la localizzazione, nel layout, dei componenti di automazione e dei dispositivi
in campo indicati negli schemi di cablaggio.
Documentazione chiara e completa
Basandosi sulle connessioni fra i dispositivi definiti nello schema di cablaggio elettrico, Eplan instrada tutte le connessioni dei cavi all’interno
della rete definita. Singole regole di posa aiutano a pianificare percorsi
ottimali dei cavi stessi all’interno della rete. Viene calcolata anche la
lunghezza dei cavi, oltre a tutti gli accessori necessari per collegare i
dispositivi. Sulla base di queste informazioni, Eplan FieldSys genera documentazione esaustiva sul cablaggio con la semplice pressione di un
tasto: tali rapporti sono particolarmente importanti per l’assemblaggio.
Il calcolo della lunghezza del cavo, per ogni tipo di cavo e collegamento,
nonché le informazioni di origine
e destinazione,
garantiscono risultati accurati. Layout 2D di un’area di produzione con rete
Vi sono anche a griglia e rapporti sul cablaggio sul campo
documenti che indicano il percorso esatto per ogni cavo, molto utili
durante il processo di posa. L’installatore può costantemente seguire
la documentazione, dall’origine fino alla destinazione, trovando quindi
rapidamente il percorso ideale definito del cavo.
Informazioni reperite velocemente
Avendo il layout della macchina/impianto, i percorsi dei cavi e la documentazione dei cablaggi come elementi fondamentali, aumenta significativamente il valore della documentazione di automazione. Tutte le
informazioni importanti sono facilmente accessibili, non solo nella fase
di stesura ma anche in caso di guasti che richiedono assistenza. Se si
ha bisogno di localizzare un certo componente all’interno del sistema,
cliccando sulla navigazione nello schema di cablaggio, dal sistema di
controllo del motore al layout della macchina, si comprende esattamente
dove è stato collocato il motore stesso. Se si vogliono riscontrare possibili danni al cavo del motore, il layout o la documentazione chiariscono
come il cavo dovrebbe essere steso all’interno della macchina. Ciò significa che gli errori possono essere localizzati e corretti rapidamente.
Il nuovo Eplan FieldSys permette inoltre di configurare accuratamente
e su misura i percorsi dei cavi fra il sistema di controllo e i componenti
sul campo.
CON NOTIMONITOR DI ESAC L’IMPIANTO ANTINCENDIO
È VIA INTERNET
Esac presenta un nuovo servizio chiamato Notimonitor, studiato per il monitoraggio degli impianti antincendio attraverso dispositivi connessi a
Internet (Personal computer, iPAD, tablet e smartphone). Notimonitor è un servizio che Esac ha pensato per tutti coloro che posseggono o manutengono uno o più impianti antincendio Notifier basati su centrali AM6000, AM4000 e AM2000, con l’obiettivo di dotare l’impianto tradizionale
della potenza di Internet e uno sguardo attento alle esigenze dell’utenza finale e alla manutenzione ordinaria e straordinaria dell’impianto. I
vantaggi di questo servizio innovativo sono molteplici e coinvolgono tutte le figure che entrano in gioco nella progettazione, nel monitoraggio e
nella manutenzione dell’impianto antincendio. Al progettista viene fornito uno strumento semplice e ampliabile in qualsiasi momento in quanto
basato sullo standard Bacnet. Notimonitor si prefigge l’obiettivo di una gestione più semplice e intuitiva da parte dell’utenza finale attraverso
l’utilizzo di mappe grafiche su dispositivi distribuiti nei punti strategici dell’edificio. La connessione del sistema Notimonitor via Internet verso
l’azienda che si occuperà della manutenzione dell’impianto, consentirà un controllo costante dello stato del sistema; questo permette non solo
di individuare gli eventuali stati d’allarme ma anche di rilevare situazioni di guasto dell’impianto antincendio che ne pregiudichino l’efficienza,
per procedere a una manutenzione tempestiva e puntuale grazie alle funzioni di reportistica.
http://www.ilb2b.it/news/notimonitor-esac-l%E2%80%99impianto-antincendio-%C3%A8-internet
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IL SOFTWARE È
CERTIFICATO
GENESIS64, SVILUPPATO DA ICONICS PER
I SETTORI DEL BUILDING AUTOMATION
ED ENERGY MANAGEMENT, È IL PRIMO
SOFTWARE A 64-BIT A OTTENERE LA
CERTIFICAZIONE DEL BACNET TESTING
LABORATORY (BTL) DOPO AVER SUPERATO
PIÙ DI 400 PROVE FUNZIONALI E DI
INTEROPERABILITÀ
Iconics, azienda che opera nel settore dello sviluppo di soluzioni
software per la building automation, l’energy management e l’ecosostenibilità, è stata certificata dal Bacnet Testing Laboratory (BTL)
per il massimo livello di conformità Bacnet, il profilo B-AWS. Iconics
Genesis64 è il primo software a 64-bit in commercio a ottenere questa certificazione. Il software Genesis64 per building automation ed
energy management supporta nativamente molti standard e protocolli, tra cui Bacnet, OPC, OPC-UA, Snmp, Modbus, Web Services,
SQL e Odbc, e si integra con tutti i sistemi dell’edificio tra cui l’impianto di condizionamento, data center, contatore elettrico, cogenerazione, sistemi di laboratorio e molto altro. “I rigorosi test condotti dal
personale del Bacnet Testing Laboratory, che ha effettuato oltre 400
prove funzionali e di interoperabilità con molti fornitori, ci hanno aiutato a compiere un salto di qualità nella nostra mission, che consiste
non solo nel fornire la tecnologia più avanzata e scalabile, ma anche
una scelta più aperta e a prova di futuro da offrire ai nostri clienti” ha
detto Russell Agrusa, presidente e CEO di Iconics.
Alto livello di automazione
L’integrazione e la comunicazione Bacnet-compliant forniscono benefici che includono: visualizzare dati, inviare comandi e controllare le
apparecchiature da tutti i sistemi di controllo principali; la possibilità
di aumentare la durata delle apparecchiature in uso, eseguendo i più
Da qualsiasi smartphone o tablet possono essere impartiti
comandi ai dispositivi Bacnet
recenti aggiornamenti per automazione e tecnologia Microsoft; libertà
di scelta tra fornitori di hardware e, infine, il supporto per le funzionalità avanzate di Bacnet, comprese le schedule distribuite e i calendari, trend logging distribuito, allarmistica integrata e la scoperta
(localizzazione) e gestione del dispositivo. La piattaforma di building
automation comprende alcune applicazioni, tutte con pieno accesso
ai dispositivi Bacnet: Genesis64, software per building automation,
avanzato software di automazione a 64-bit, con visualizzazione 3D
e 2D, multi-touch, interfacce utente gesture-enabled, dashboard basate sui ruoli, trend, visione di allarmi ed eventi illimitata e molto
altro. Include AssetWorX, una tecnologia di gestione asset utilizzata
per organizzare gli oggetti Bacnet in modelli di attività uniformi, e
PortalWorX-SL, dashboard di sviluppo facile da configurare.
Energy AnalytiX, software per l’energy management, aggrega, organizza e normalizza il consumo di risorse, i costi derivati e le emissioni
di carbonio. Applica potenti funzioni di analisi utilizzando sia i dati
misurati sia i dati di un altro edificio, sicurezza, e sistemi aziendali per
fornire indicazioni di miglioramento. Facility AnalytiX, applicazione di
fault detection e diagnosi a tutti i dispositivi dell’edificio collegati a
Bacnet, fornisce un controllo continuo di tutte le attrezzature, per garantire un funzionamento costante e al massimo livello di efficienza.
Infine, MobileHMI monitora tutti i dati Bacnet e impartisce comandi a
qualsiasi dispositivo Bacnet da qualsiasi smartphone o tablet.
MOLEX E PROFICHIP ANNUNCIANO
UNA PARTNERSHIP TECNOLOGICA
Molex Incorporated e profichip hanno annunciato una collaborazione strategica
focalizzata sulle tecnologie Profinet. I kit per sviluppo software (SDK) di Molex
rappresentano la prima scelta per molti produttori di PLC e di dispositivi per connettività Profinet quando la massima capacità ed efficienza costituiscono requisiti
fondamentali. L’offerta Molex comprende SDK IO-Controller e IO-Device basati su
codice sorgente ANSI ‘C’. Profichip progetta e realizza soluzioni Asic sofisticate e allo stato dell’arte supportate da alti livelli di esperienza e di
supporto applicato. Insieme, Molex e profichip progetteranno, promuoveranno e forniranno soluzioni dedicate per offrire le capacità Isochronous Real Time (IRT) Profinet ai fabbricanti che intendono implementare dispositivi per l’automazione come controller, I/O remote, comandi
e strumenti da campo. Molex e profichip hanno più di 20 anni di esperienza rispettivamente nello sviluppo di soluzioni di comunicazione per
l’industria. Entrambe le aziende sono attivamente coinvolte in organizzazioni commerciali industriali, come Profibus/Profinet International (PI) e
prevedono che la loro collaborazione incrementerà la loro capacità di fornire le soluzioni migliori ai clienti su scala mondiale.
http://www.ilb2b.it/news/molex-partnership-tecnologica-profichip
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Fieldbus & Networks
SOLUZIONI PER IL RISPARMIO
ENERGETICO
(
)
Attualità
in breve
CON UN APPROCCIO SISTEMATICO AL TEMA DEL
RISPARMIO ENERGETICO, BASATO SULL’UTILIZZO
DEGLI ANALIZZATORI DI RETE ECO POWER
METER, PANASONIC SI RIVOLGE AI PRODUTTORI
IN CERCA DI SOLUZIONI PER CORREGGERE LE
INEFFICIENZE NEGLI IMPIANTI DI PRODUZIONE
Il risparmio energetico, o efficienza energetica,
rappresenta oggi un tema sensibile del quale
Panasonic offre un approccio sistematico
basato sull’interconnessione degli strumenti
(misurazione della potenza assorbita, numero di
avviamenti e numero di ore di funzionamento di
un carico), sulla raccolta delle informazioni tramite rete wireless o cablata verso il PLC e sulla
supervisione locale o remota; il tutto finalizzato
alle realtà produttive che intendono individuare
le inefficienze energetiche presenti nel proprio
impianto di produzione e correggerle. L’approccio sistematico alla soluzione integrata si avvale
di alcuni elementi.
Gli analizzatori di rete Eco Power Meter garantiscono una precisa lettura delle
grandezze elettriche
dimensioni estremamente compatte e il modello KW8M, da fronte
quadro con dimensioni altrettanto contenute.
La misura
L’elemento dedito alla lettura dei valori energetici in campo tramite
sonda amperometrica è l’analizzatore di rete. Eco Power Meter è la
serie di analizzatori di rete proposti da Panasonic Electric Works atti
a rilevare una lettura precisa delle grandezze elettriche (potenza, consumi energetici, valori di tensione e corrente per ogni singola fase,
Raccolta dei dati in rete
Per la realizzazione dell’automazione di fabbrica finalizzata al risparmio
energetico, viene proposta un’infrastruttura completa per soddisfare
le diverse richieste. Punto centrale del nodo di fabbrica è il controllore programmabile (PLC) ultracompatto FP, il quale
esegue la registrazione dei dati dei diversi strumenti
tramite una rete cablata o wireless all’interno dell’impianto. Dal punto di raccolta si possono effettuare la
rappresentazione locale dei dati ricavati tramite interfaccia operatore compatta touchscreen GT oppure GN
e la memorizzazione e la messa a disposizione dei dati
verso il livello superiore di raccolta. Questo livello può
essere rappresentato da un PC in rete Ethernet locale
(LAN), o un PC remoto collegabile al PLC tramite le
Schema di funzionamento dell’analizzatore Eco Power Meter modello KW8M
diverse metodologie di telecontrollo cablato (Pstn,
fattore di potenza ecc.). Tutta la serie Eco Power Meter è dotata di Adsl) sfruttando il modem industriale Panasonic FPModem o wireless
display per visualizzare l’energia elettrica consumata, la tensione, la (GSM, Gprs). Il modulo FPWebServer utilizzato come punto d’accesso
corrente e i costi energetici, permettendo quindi di gestire al meglio alla rete tramite i protocolli IP (Modbus TCP/IEC60870) può essere
in loco il risparmio energetico. Tutti i modelli inoltre sono dotati di una utilizzato per la visione delle misure su pagine Html/Ajax. Il modulo
porta di comunicazione RS485, così da poter mettere a disposizione di permette l’invio di email su evento programmabile nel PLC, con inaltri sistemi i dati raccolti. L’operazione di collezione dati può essere serimento nella mail di un file .csv con dati provenienti dal campo.
effettuata anche tramite un semplice tool software KW Monitor, gra- Associando l’FPWebExpansion il nodo può diventare un collettore su
tuitamente scaricabile dal sito, che permette il collegamento fino a un SD Card di dati, che possono poi esser tranquillamente inviati a un
massimo di 31 unità di misura.
FTP Server. Ogni progetto è il frutto di un lavoro di squadra dove le
Nella gamma proposta rientrano il modello entry KW1, già dotato di competenze del fornitore di tecnologia, dell’integratore/progettista e
SD Card per il datalogging locale, il modello KW2G, peculiare per l’e- dell’utilizzatore si confrontano dando vita a quella necessaria sintesi
spandibilità del numero di misure, il modello KW7M, da barra DIN con rappresentata dal progetto stesso.
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F&N PNI-FEBBRAIO 2013_Layout 1 23/01/13 15.36 Pagina 1
Fieldbus & Networks
DISPOSITIVI
DI RETE
PER AMBIENTI
ESTREMI
ANALIZZIAMO LE SOLUZIONI PER
OPERARE IN AMBIENTI DIFFICILI.
IL GRADO DI PROTEZIONE È
IP67, SOLITAMENTE RICHIESTO
PER L’IMPIEGO DEI PRODOTTI IN
CAMPO INDUSTRIALE, E IP69,
IL GRADO DI PROTEZIONE PIÙ
ALTO POSSIBILE PER AMBIENTI
VERAMENTE GRAVOSI
Foto apertura www.sxc.hu
Il controllore basato su processore Atom non contiene
nessuna parte in movimento soggetta a guasto. Dotato
di 512 MB di RAM e fino a 2 GB di memoria flash, il
controllore A5 compatto è uno dei più prestanti del suo
genere.
I vantaggi del frontale in vetro e dell’alto grado di protezione sono apprezzati ove sia obbligatorio avere un
elevato livello di igiene e di isolamento dall’acqua e
dalle polveri come per esempio, nel settore alimentare
e farmaceutico, del confezionamento e dell’imbottigliamento di bevande, ma anche per macchine utensili per
la lavorazione pietra o legno. Questo controllore, prodotto in Germania, oltre a prevenire l’ingresso di polvere e di acqua,
resiste anche ottimamente alla forza esercitata da un getto ad alta
pressione. All’elevato grado di protezione si affiancano le alte prestazioni in termini di stabilità e sicurezza garantite dall’utilizzo del
sistema operativo Linux realtime. L’utilizzo dell’HMI sviluppata in
ambiente QT offre una vasta gamma di opzioni al fine di sviluppare
un’interfaccia che sia graficamente accattivante e intuitiva nell’uso.
Qt consente inoltre di sviluppare App che possono trasformare uno
smartphone o tablet PC in un terminale di controllo.
di Alessandra Pelliconi
AMK Drives & Controls
A5 Amkamac è un PLC di AMK di ultima generazione e con il suo
front-end progettato con grado di protezione IP69K è una soluzione
ideale quando la pulizia dell’ambiente è effettuata con getto d’acqua
a pressione. Alle versioni standard da quadro o con schermo touch
screen integrato, si aggiunge la versione con touch screen in IP69K.
B&R Automazione Industriale
Con il sistema B&R X67, con protezione IP67, si ha a
disposizione una famiglia completa di I/O distribuiti impermeabili e montabili direttamente
a bordo macchina che rende indipendente dal quadro elettrico l’installazione dei moduli. Questo sistema
consente di lavorare in ambienti
industriali ostili dove la criticità dei
componenti hardware diventa il punto
fondamentale nella scelta di un progetto.
24
Inoltre, il cablaggio oneroso richiesto dalle soluzioni tradizionali si
riduce a soli due cavi: la linea di comunicazione e la linea di alimentazione. In questo modo lo spazio insufficiente e le dimensioni del
quadro elettrico non rappresentano più un problema.
Il sistema B&R X67 ha una gamma di componenti completa, dai moduli di I/O digitali e analogici ai moduli per sensori di temperatura e
controllo valvole, ai moduli per il controllo di motori stepper fino ai bus
controller: questi ultimi rappresentano il collegamento con il mondo
dei bus di campo aperti dei moduli I/O collegati tra loro col bus interno
X2X. Dal punto di vista del controllore, il bus controller rappresenta
un normale dispositivo per tutti i bus di campo caratterizzato dall’utilizzo dei corrispondenti file (GSD, EDS): Powerlink, Canbus, Canopen,
Devicenet, Profibus DP, Ethernet/IP, Ethercat, Sercos III, Modbus TCP/
UDP. Il sistema è definito normalmente utilizzando il corrispondente
configuratore di bus di campo. Tutti i moduli bus controller X67 sono
compatti e provvisti fino a 16 canali digitali (nella versione Large, 8 in
quella standard) configurabili come ingressi o uscite, alimentati con
una tensione di 24 Vc.c. e dotati di LED di stato.
Panasonic Electric Works Italia
I pannelli operatore GT32 Tough di Panasonic offrono la capacità di
operare in un intervallo esteso di temperatura (-20°, +60°) e umidità relativa (da 10% a 90%), per LCD antiriflesso, per la protezione
IP67 sul frontale e per lo strato protettivo contro l’invecchiamento
rare progetti fino a un massimo di 16 lingue diverse, con possibilità
di esportare i testi in Excel per consentire una più rapida editazione
delle traduzioni. Un’ulteriore novità di recente introduzione è rappresentata dalla funzionalità ‘Security Password’ (GT05/GT32), ossia la
possibilità di proteggere l’applicativo a più livelli d’accesso (fino a
16): questo consente di rendere in sicurezza il sistema e di limitare
l’accesso alle funzionalità realizzate. Tutti i pannelli della
serie GT si configurano mediante un unico tool di sviluppo ‘Terminal Gtwin’, disponibile in più lingue.
Paradox Engineering
PE.WSNi è la soluzione di Paradox Engineering che
abilita il monitoraggio continuo e predittivo di asset
industriali in ambienti estremi, aree remote e difficili da raggiungere. Grazie a PE.WSNi le aziende
possono raccogliere i dati generati da qualsiasi sensore, attuatore o altro tipo di strumentazione, nuova
o esistente, e trasferirli tramite una rete wireless
altamente sicura ai sistemi centrali per il successivo
consolidamento ed elaborazione. Questa tecnologia
consente quindi di tracciare con estrema precisione
il funzionamento di un impianto o un macchinario,
ma anche estendere eventuali soluzioni pregresse di monitoraggio,
nonché impostare campagne temporanee o incrementali di raccolta
dati. PE.WSNi è una piattaforma IPv6 di wireless sensor network full
mesh basata su open standard. Comprende out-of-the-box tutti i componenti hardware e software necessari alla sua implementazione,
inclusi gli strumenti web-based per la gestione da remoto. Tutti gli
elementi hardware sono certificati IP67 e Atex, per cui possono sopportare le condizioni più estreme come quelle che normalmente si
registrano all’interno di impianti chimici, raffinerie, termovalorizzatori
ecc. La soluzione utilizza frequenze ISM sub-GHz per una maggiore
penetrazione e immunità dalle interferenze. Integra inoltre tecnologie ultra low power per massimizzare l’autonomia delle batterie dei
componenti hardware (maggiore di 8 anni). PE.WSNi è una soluzione
adattiva, fault tolerant, con capacità di auto diagnosi e risoluzione
dei problemi che garantisce un’affidabilità dei dati superiore al 99%.
Phoenix Contact
Per l’impiego in ambiente industriale gravoso, Phoenix Contact offre
ora uno switch Ethernet a cinque porte con grado di protezione IP67.
dall’esposizione ai raggi UV. Sono pertanto adatti all’impiego in applicazioni con condizioni ambientali particolarmente gravose: ideali
in ambienti outdoor e alla presenza di luce solare diretta come ad
esempio nelle vending machine, nei compattatori e lava cassonetti
nell’ambito automotive, nelle colonnine per l’erogazione dell’energia
elettrica. Nonostante le piccole dimensioni si aprono al networking,
infatti di recente sviluppo è l’introduzione di una rete veloce proprietaria a 115,200 Kb in RS 485 denominata GTlink che consente
il collegamento fino a un massimo di 32 pannelli (GT05/GT32) a un
unico PLC Panasonic (FP-e, FPSigma, FPX, FP-X0, FP2SH). Inoltre in
alcuni modelli è anche disponibile il protocollo standard Modbus RTU
Slave, driver particolarmente utilizzato in applicazioni con elettronica embedded e di building/domotica. Dal punto di vista operativo,
consentono di gestire ricette di lavorazione, grafici di trend, storico
allarmi, immagini bmp e applicazioni multilingua, si possono geneFEBBRAIO 2013 FIELDBUS & NETWORKS
25
Fieldbus & Networks
Lo switch si contraddistingue per l’esecuzione compatta e la facilità
di installazione, che ne fanno la soluzione ideale nel settore della
costruzione di macchine. Grazie alla sua custodia compatta, con una
larghezza di soli 30 mm, può essere installato facilmente su un elemento strutturale o un profilato senza sporgere.
L’elevato grado di protezione IP67 e l’ampio range di temperature,
variabile da -40 °C a +70 °C, rendono lo switch adatto a una vasta
gamma di applicazioni. L’installazione, rapida e semplice, avviene
mediante punti di fissaggio assiali con alloggiamenti per viti M6.
La funzione integrata di gestione della priorità dei pacchetti di dati,
secondo Ieee 802.1p, consente l’utilizzo dello switch anche in applicazioni, come ad esempio la telefonia IP, in cui alcuni servizi devono
essere trattati con la massima priorità.
Tutte le connessioni, sia di alimentazione sia di rete, sono realizzate
con connessione standard M12. A questo proposito Phoenix Contact
dispone di un’ampia gamma di prodotti per l’installazione sul campo,
inclusi accessori per la siglatura.
Rockwell Automation
Gli I/O distribuiti IP67 con montaggio diretto a bordo macchina offrono una serie di vantaggi che stanno assumendo una crescente
rilevanza, quali, ad esempio, ingombro e tempi di installazione ridotti oltre alla semplicità di cablaggio dovuta alla loro collocazione
all’esterno di un armadio. Per anni questa tipologia di I/O è stata
utilizzata prevalentemente nel settore automobilistico ma oggi, con
la diffusione dello standard
Ethernet/IP in altri settori
industriali, anche l’adozione
di I/O distribuiti IP67 si sta
estendendo, grazie alla loro
installazione in prossimità
dei punti di comando, all’interno della rete che li differenzia dagli I/O situati negli
armadi. Sulla base di questo
rinnovato interesse Rockwell
Automation ha lanciato di
recente il nuovo blocco IP67,
serie 1732E, per segnali analogici e sonde di temperatura,
dotato di dual-port Ethernet
switch e caratterizzato da minor ingombro, maggiore precisione e da
una risoluzione elevata.
Rockwell Automation è in grado di offrire blocchi IP67 analogici di
temperatura distribuiti per Ethernet/IP che non richiedono adattatori
di rete, a costi inferiori e prestazioni, in termini di tempi di risposta
e precisione, più elevate.
Nel settore automobilistico i robot industriali sono una parte essenziale dei sistemi di automazione. La capacità del robot di cambiare
automaticamente e velocemente gli utensili ha un impatto diretto
sulla flessibilità ed efficienza del processo di produzione. Ne consegue che il tempo di connessione tra un dispositivo I/O e il controllore
del robot rappresenta un fattore critico per la produttività. Rockwell
Automation offre al mercato ArmorBlock con Quick Connect (QC) su
Ethernet/IP che permette il collegamento rapido (entro 500 ms) tra il
controller e i moduli IP67 1732E ArmorBlock QC. I moduli ArmorBlock
QC sono disponibili in tre versioni, tutte dotate di dual-port Ethernet
26
per topologia lineare o a ring (DLR), così come di connettori ausiliari
dual-port per il daisy-chain dell’alimentazione 24 Vc.c.
Siemens
Lo switch RS969 fa parte della nuova famiglia prodotti RuggedCom,
acquisita da Siemens AG all’interno dell’Industry Sector. RS969 è
uno switch Managed Ethernet che fornisce due porte fibra ottica
Gigabit Ethernet e otto porte Fast Ethernet in rame, con grado di
protezione IP66/IP67 per la protezione contro i getti d’acqua (IP66) o
l’immersione temporanea in acqua (IP67).
Progettato per funzionare in modo
affidabile in ambienti industriali,
RS969 fornisce anche un elevato livello di immunità
ai disturbi elettromagnetici e sovratensioni
elettriche pesanti. Le
condizioni d’installazione
sono adatte nelle sottostazioni elettriche, o nel
quadro di sistemi per il controllo d e l
traffico stradale. Una temperatura di esercizio
da -40 °C a +85 °C, accoppiato con certificazione per
aree pericolose e grado di protezione IP66/IP67, RS969
può essere installato praticamente ovunque. Il sistema operativo integrato Rugged Operating System (ROS) fornisce avanzate funzioni
di rete di livello 2, oltre a elevate caratteristiche per la sicurezza dati
(cyber security) e una gamma completa di funzionalità intelligenti per
rete ad alta disponibilità e gestibilità. Con il suo hardware resistente,
RS969 è ideale per la creazione di applicazioni di controllo critiche,
realtime, in qualsiasi ambiente estremo.
Wago Elettronica
Il nuovo accoppiatore ad
alta prestazione della serie
767 di Wago Elettronica rende disponibile
una comunicazione Ethernet in
tempo reale
con grado di protezione IP67.
L’accoppiatore
767-1311 supporta tutti i
tempi di ciclo
Sercos e
può essere facilmente
integrato nel sistema
Sercos
usandone i profili stand a r dizzati e il file di descrizione
del dispositivo Sddml. L’accoppiatore
è inoltre dotato di otto ingressi
digitali ad alta
velocità con un ciclo di scansione di 10 µs, così da
essere compatibile con i cicli Sercos di 31,25 µs. Un’ampia
gamma di moduli I/O di Wago può essere collegata all’accoppiatore
Speedway. Insieme ai nuovi moduli I/O ad alta velocità, Speedway
permette applicazioni in ‘Hard’ realtime con cicli I/O di 250 µs reali. È
possibile configurare tutti i canali dell’accoppiatore e, come per tutti i
componenti Speedway, l’accoppiatore può essere usato nelle dirette
vicinanze della macchina o del processo senza la necessità di un armadio elettrico vicino ai sensori e agli attuatori. È possibile collocare i
singoli componenti Speedway a una distanza di circa 20 m all’interno
di una rete Sercos, ampliando il sistema generale fino a 200 m.
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Anybus® Gateways
Industrial networking made easy!
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Ethernet risolvono quasi ogni tipo di problema di comunicazione industriale.
Semplici e veloci da utilizzare ed a basso costo, non necessitano di alcuna
programmazione.
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www.anybus.it
Fieldbus & Networks
Fonte: www.sxc.hu
RETI E TECNOLOGIE
PER IL RISPARMIO
ENERGETICO
NELL’ILLUMINAZIONE
PUBBLICA
di Stefano Maggi
L
a riduzione e razionalizzazione
dei consumi di energia elettrica degli impianti di pubblica
illuminazione, il conseguimento dei traguardi europei in
termini di contenimento delle emissioni
a effetto serra e l’incremento dell’efficienza energetica degli usi finali dell’energia, sono stati i principali contenuti
del recente convegno dal titolo ‘Lumière: l’efficienza energetica al servizio
dell’illuminazione pubblica’ promosso a
Roma da Enea nell’ambito del Progetto
Lumière sull’efficienza e sulla razionalizzazione dell’illuminazione pubblica.
Dal convegno è emerso che per arginare uno spreco che ha portato il consumo energetico medio italiano a 100
kWh per abitante (a fronte, ad esempio,
del consumo tedesco attestato a 42
kWh per abitante, fonte Enea) e considerando che la fascia tra il 15% e il
25% del consumo energetico nazionale
è dovuta all’illuminazione pubblica e
privata, occorre indirizzare le attenzioni
a un risparmio che tenga sempre in
considerazione, come principio fonda28
L’ILLUMINAZIONE PUBBLICA COSTITUISCE UNO
DEI SERVIZI PRIMARI RESI AL CITTADINO PER
GARANTIRNE COMFORT E SICUREZZA ED È
CERTAMENTE UNO DEI PIÙ VISIBILI ELEMENTI DI
VALUTAZIONE DELL’AMMINISTRAZIONE STESSA
mentale, la parità di servizio reso dalla
pubblica amministrazione. Un obiettivo
potenzialmente raggiungibile attraverso
un’evoluzione dei dispositivi, ovvero
grazie alla creazione di una rete di tipo
smart capace di individuare (e quindi
ridurre) gli sprechi e razionalizzare la
spesa energetica.
L’illuminazione pubblica costituisce
uno dei servizi primari resi al cittadino
per garantirne comfort e sicurezza ed
è certamente uno dei più visibili ele-
Fonte: www.sxc.hu
menti di valutazione dell’amministrazione stessa. Il sistema d’illuminazione
pubblica presenta attualmente i seguenti principali problemi: alti consumi
energetici e costi manutentivi, scarsa
sicurezza degli impianti e scarsa qualità dell’illuminazione, inquinamento
luminoso e ambientale, tempi lunghi
di intervento, numerosi reclami dei cittadini/utenti (lampade non funzionanti,
zone buie ecc…) e scarso controllo di
gestione. Tutto questo contrasta enormemente con le necessità delle Pubbliche Amministrazioni, fra le quali:
ottemperare i vincoli del Protocollo
di Kyoto, ridurre i consumi energetici
associati all’illuminazione pubblica, ridurre costi di gestione e manutenzione,
erogare un servizio d’illuminazione pubblica di qualità, maggiore sicurezza del
servizio, maggiore rapidità di intervento
per la manutenzione, limitare i reclami
dei cittadini per i tempi d’intervento
manutentivi e per il servizio erogato e
avere una gestione integrata dell’illuminazione pubblica. Il target cui puntare,
secondo Enea, è quello di ridurre i consumi del 30% circa, con una contrazione
dei consumi pari a 2 TWh l’anno e con
un risparmio economico di circa 400 milioni di euro.
Per raggiungere tale risultato l’Enea ha
istituito il nuovo Osservatorio nazionale,
coinvolgendo a vario titolo comuni, enti,
produttori di tecnologie e promotori
della sostenibilità. L’Osservatorio si
propone, come obiettivo principale, la
riorganizzazione organica del settore
dei processi di riqualificazione e gestione della rete di pubblica illuminazione.
Città intelligenti
L’ambito delle ‘città intelligenti’, rappresenta un aspetto indispensabile per
questo tipo di trasformazione energetica e ambientale delle città e dovrà
comprendere al suo interno l’implementazione di nuove tecnologie come la PLC
(Power Line Communication, ovvero un
sistema a banda larga di comunicazione
su linee di potenza) e la rete 6LowPAN
(IPv6 Low power Wireless Personal
Area Networks, che consente l’utilizzo
di IPv6 su reti LR-WPAN, in pratica reti
di sensori wireless per l’estensione
della rete Internet agli oggetti, dotandoli di capacità di comunicazione di tipo
IP). Inoltre l’innovazione di prodotto sta
orientandosi decisamente verso tecnologie a stato solido (LED e Oled), il cui
vantaggio non è tanto in termini di effi- in vere e proprie antenne, generando
cienza energetica intrinseca dei singoli campi elettromagnetici che vanno a
componenti base, quanto nella versa- interferire con l’ambiente circostante,
tilità per produrre dispositivi orientati
nuocendo sia alle persone (incompaall’applicazione e quindi, in molti casi, tibilità in senso ambientale), sia agli
competitivi con le migliori tecnologie apparati (incompatibilità strumentale).
tradizionali (in particolare lampade ad
alogenuri metallici in apparecchi evo- L’innovazione
luti). La citata tecnologia PLC, che con- L’idea di fondo non è certo innovativa,
sente di trasmettere le informazioni su mentre una fondamentale innovazione è
linea elettrica coinvolgendo i lampioni sul fronte della tecnologia applicata che
per l’illuminazione pubblica, rende disponibile
in modo semplice e immediato, una rete di comunicazione flessibile
e modulare, che può
essere capillarmente
distribuita in tutte le
aree/zone già servite
dalla linea di potenza
(figura 1).Questa soluzione permetterà inoltre
di disporre di ‘lampioni
multifunzionali’, capaci di rispondere a
distanza a comandi di
telecontrollo e di tele- Fig. 1 - Esempio di sistema PLC (Power Line Communication)
gestione. Questa tecnologia si basa, per il trasporto delle può sfruttare algoritmi sempre più sofisticati per la modulazione e demodulainformazioni digitali, sulle preesistenti
linee elettriche, solitamente adibite al zione dei segnali: il segnale relativo alle
trasporto di potenza elettrica e quindi informazioni da trasmettere viene codi‘disponibili’ come vettori per altri tipi ficato con una tecnica di modulazione
di informazioni, purché non ‘interfe- in diversi range di frequenze, ognuna
renti’ con gli stessi segnali elettrici di identificante una sottoportante rispetto
potenza. Le linee elettriche sono state a quella principale del segnale elettrico.
costruite per trasportare segnali a Con opportuni filtri (in ingresso alla
basse frequenze e le diverse giunzioni, rete e in uscita dalla rete elettrica), i
presenti lungo il percorso del cavo/con- segnali digitalizzati vengono separati
duttore, non disturbano la trasmissione dalla portante del segnale elettrico:
di questi segnali, perché appunto a ogni sottoportante è identificata da
bassa frequenza. Nonostante la scarsa una ben precisa frequenza sulla quale
qualità del livello fisico trasmissivo, dal viene accordato il relativo filtro sia in inpunto di vista delle telecomunicazioni, gresso sia in uscita. I diversi dispositivi
i segnali digitalizzati possono sfruttare da raggiungere vengono infine riconoi cavi delle linee elettriche grazie al sciuti con lo stesso principio, in quanto
principio delle onde convogliate, me- a ognuno di essi viene assegnato un
diante il quale si ‘convogliano’ segnali codice di riconoscimento basato su una
di diverse frequenze sullo stesso cavo, determinata frequenza e quindi solo il
separandoli all’arrivo con opportuni filtri dispositivo che si accorderà sull’apposelettivi. Il problema principale è quello sito filtro selettivo con il valore a lui
di superare i molti trasformatori pre- destinato, potrà ricevere l’informazione
senti nelle reti elettriche, in quanto per codificata.
il trasporto del segnale convogliato in A fianco delle tradizionali infrastrutfrequenza è necessaria la continuità fi- ture di comunicazione wired, le reti
sica; inoltre è doveroso limitare al mas- wireless ad-hoc e le sensor network
simo la potenza delle sottoportanti al rappresentano, nel dispiegamento di
fine di evitare che i cavi e la rete nel suo infrastrutture di comunicazione ICT,
complesso (oltre che i supporti mecca- un’area di enorme importanza grazie
nici che la costituiscono) si trasformino ai numerosi scenari applicativi in cui è
29
possibile trovarne applicazione
(in particolare nell’ambito
Smart City e più in generale
Smart Community). I requisiti
emergenti dai diversi contesti
operativi implicano, per queste infrastrutture, la presenza
di funzionalità di sensing, di
autoconfigurazione, di elaborazione e riconoscimento dei
segnali, di rilevazione eventi
e generazione automatica di
allarmi, di stima e controllo di
fenomeni e/o processi distribuiti spazialmente, di trasporto
dell’informazione in presenza
di restrizioni energetiche e in
assenza totale/parziale di infrastrutture di rete dedicata ecc...
Lo sviluppo di queste tecnologie di rete necessita una modalità di ottimizzazione di tipo cross-layer
(che rappresenta l’alternativa dal puro
concetto a cascata del modello di riferimento OSI, nel quale i confini tra i
livelli sono virtualmente rigidi), con una
considerazione congiunta delle tecniche di elaborazione dei dati e segnali
in modalità distribuita, dei meccanismi
di accesso al mezzo wireless e infine,
dei protocolli di comunicazione utilizzati
(figura 2). In particolare, è di specifico
Fonte: www.sxc.hu
Fieldbus & Networks
trasmessa ed elaborata da sensori/
attuatori.
Smart Street
Nell’ambito dello studio di sistemi intelligenti per la gestione della Smart
Street, inseribile in un sistema Smart
City, l’obiettivo consiste nello sviluppo
di una metodologia di regolazione adattiva e automatica del flusso luminoso al
fine di massimizzare i risparmi energetici
e il comfort. Il sistema
si presta particolarmente per importanti
arterie veicolari o pedonali cittadine, dove
il consumo elettrico
per l’illuminazione è
particolarmente significativo, permettendo
di risparmiare grandi
quantità di energia. Le
attività di sviluppo del
Fig. 2 - Esempio di sistema integrato wireless di gestione: rete
sistema intelligente,
Wpan (Ieee802.15.4/ZigBee, 6LowPAN), rete Internet, Gprs ecc… e
rete Intranet/Web Service per la telegestione da computer remoto
per la regolazione
adattiva punto-punto
interesse la progettazione e lo sviluppo dell’illuminazione pubblica, si stanno
di tecnologie, algoritmi, protocolli e articolando su quattro task: sviluppo di
soluzioni per reti di sensori (6LowPAN) una metodologia di modellazione della
e, più in generale, reti ad hoc sicure e domanda di illuminazione in termini di
resistenti agli attacchi e agli incidenti, predizione dei flussi di traffico a breve
con capacità di auto-organizzazione e termine per arterie stradali; sviluppo di
auto-riparazione in caso di malfunzio- una metodologia di controllo adattivo
namenti e con funzionalità avanzate del flusso luminoso in relazione alla
di protezione dell’integrità e della con- richiesta dell’utenza; validazione della
fidenzialità dell’informazione gestita, metodologia sviluppata su dati reali di
30
flussi di traffico; comparazione tecnicoeconomica dell’approccio proposto,
rispetto all’approccio di mercato più
diffuso su una realtà urbana di medie
dimensioni. Le metodologie sviluppate
nel primo punto si ispirano all’attuale
fronte di ricerca dell’intelligenza artificiale. In particolare, sono stati sviluppati
modelli basati su reti neurali utilizzando
diversi approcci, tra cui reti neurali
evolutive con adattamento on-line e
tecniche di neural ensembling off-line.
Tale applicazione ha dato risultati molto
interessanti con un errore di predizione
minore dell’8% sui flussi di traffico. Per
il secondo punto sono state impostate
regole basate sulla fuzzy logic. Lo scopo
è quello di tradurre il flusso di traffico
predetto, in potenza di alimentazione
delle lampade tenendo conto dei vincoli
tecnologici e delle normative stradali.
Il sistema di controllo quindi, basandosi sui dati misurati e sulle predizioni
di attività veicolare, è adattivo, ovvero
con capacità di adattarsi in funzione dei
flussi e della tipologia della strada. Per
il terzo punto gli algoritmi sviluppati devono essere validati con dati reali provenienti da sperimentazioni sul campo,
attraverso, per esempio, progetti pilota.
L’ultimo punto si propone come obiettivo
di effettuare una valutazione sull’efficacia e sulla competitività della soluzione
tecnologica innovativa proposta e preparare le basi per un’implementazione
su rete IPv6.
Fieldbus & Networks
di Julia Arneri Borghese
C
onsapevole dell’impatto della
rete di illuminazione stradale,
la municipalità di San Francisco ha scelto di lavorare con
Paradox Engineering allo sviluppo di un progetto pilota che abiliti la
gestione remota dell’attuale infrastruttura.
Coordinato da San Francisco Public Utility
Commission (Sfpuc), il progetto porterà
alla realizzazione di una rete wireless per
monitorare e controllare diversi servizi urbani, tra i quali advanced meter reading,
gestione dei parcheggi, del traffi co, delle
stazioni di ricarica dei veicoli elettrici, videosorveglianza e molti altri. Entro i prossimi
due anni saranno sostituiti gli attuali lampioni HPS con apparecchi a LED oscurabili,
corredati di un sistema di controllo remoto
che consenta l’ottimizzazione dei consumi
energetici, del servizio di illuminazione e
di altri servizi urbani. Paradox Engineering
è stata scelta nel maggio scorso da Sfpuc
per la sua soluzione innovativa: un network
di comunicazione wireless full mesh IPv6,
multifunzionale e bidirezionale, basato su
protocollo 6LoWpan, a banda stretta e
larga, già pronto per l’Internet delle Cose.
Il primo passo del progetto consente già
ora il monitoraggio e il controllo remoto dei
lampioni; si stanno aggiungendo in queste
settimane le stazioni di ricarica per veicoli
elettrici, i contatori elettrici e le cabine di
controllo dei semafori. I risultati verranno
accuratamente analizzati per misurare i
benefi ci quantitativi e qualitativi e indicare
le direzioni future. Paradox Engineering si
sta occupando della progettazione e implementazione della soluzione, fornendo la
tecnologia e le competenze necessarie allo
sviluppo della rete. Il progetto è supportato
da aziende quali Philips Lighting e Oracle,
che offrono pieno appoggio concettuale e
pratico agli obiettivi di San Francisco, tesi
alla costruzione di una città più intelligente
e vivibile.
Piattaforma open standard
e future-proof
La soluzione di Paradox Engineering si
basa interamente su PE.AMI, la piattaforma open standard e future-proof che
comprende tutti i componenti hardware
PROGETTO DI CITTÀ
A IMPATTO ZERO
LA CITTÀ DI SAN FRANCISCO SI È DATA
L’OBIETTIVO DI AZZERARE LE PROPRIE EMISSIONI
DI CO 2 ENTRO IL 2030. PER RAGGIUNGERE
QUESTO AMBIZIOSO TRAGUARDO È NECESSARIO
IMPIEGARE TECNOLOGIE INNOVATIVE PER
MASSIMIZZARE L’EFFICIENZA ENERGETICA E
GESTIRE I SERVIZI URBANI IN OTTICA ‘SMART’
(nodi e gateway), software e il sistema
Web di gestione per la comunicazione
m2m. Sfpuc ha scelto questa piattaforma per gli ottimi livelli di scalabilità e
interoperabilità: PE.AMI consente infatti
sia di interfacciare oggetti e infrastrutture esistenti, sia di sviluppare in futuro
applicazioni aggiuntive sulla medesima
architettura. Applicata a un’infrastruttura
di illuminazione stradale, come nel caso
di San Francisco, PE.AMI permette di controllare la luminosità dei singoli lampioni/
punti luce o di sottosezioni della rete,
correlando questo dato con le condizioni
ambientabili effettive sulla base, per
esempio, dell’orologio astronomico incluso. Diventa quindi possibile accendere,
spegnere o attenuare l’intensità della
lampada in base a parametri diversi, che
vanno dalla luminosità naturale nei diversi
momenti della giornata alla posizione dei
punti luce, valutando anche necessità
specifi che legate ai fl ussi di passanti e
automobili, nonché la sicurezza di determinate aree urbane (parcheggi, parchi
pubblici ecc.). Consente inoltre di monitorare lo stato operativo della lampada, con
il conseguente aumento dell’effi cienza
dei processi di manutenzione correttiva
e preventiva. Le opportunità di risparmio
energetico sono evidenti: la possibilità
di segmentare la rete dell’illuminazione
stradale in sottosezioni, fi no a intervenire
sulla singola lampada, permette infatti di
ridurre i consumi energetici complessivi
e minimizzare gli sprechi, aumentando
al tempo stesso la qualità del servizio, la
soddisfazione degli utenti e la sicurezza
della comunità.
Notevole risparmio
potenziale
È dimostrato che i sistemi di accensione
elettronica già in uso, i cosiddetti ballast
digitali, consentono un risparmio del 20%
rispetto all’operatività delle normali lampade HPS. Grazie a PE.AMI si possono
ottenere risparmi fi no a un ulteriore 40%,
portando la soglia del risparmio potenziale
al 60%. Per la sua natura distribuita e pervasiva, la rete di illuminazione stradale si
sta confi gurando come il punto di partenza
ideale per progetti di smart city che non
si limitano a rendere più effi ciente la sola
illuminazione pubblica, ma includono
anche altri servizi urbani. Quindi, una piattaforma che, come PE.AMI, supporti più
applicazioni e servizi, che non richieda
l’upgrade delle infrastrutture esistenti,
che sia in grado di adeguarsi agli sviluppi
tecnologici futuri, che consente la razionalizzazione e la condivisione dei costi, un
ROI più rapido e investimenti più duraturi,
oltre alla protezione di quelli già effettuati.
Paradox Engineering
31
Fieldbus & Networks
(
)
High-light
di Jim Krachenfels
I
l concetto di smart grid crea un livello
interamente nuovo di esigenze tecniche da parte delle utility elettriche. In
passato, l’unica richiesta per la rete
elettrica era la capacità di fornire
corrente in quantità sufficiente affinché gli
utilizzatori finali potessero far funzionare
i loro sistemi di climatizzazione, apparecchi, macchine e luci per tutto il tempo
desiderato. I sistemi alternativi di generazione elettrica, la comunicazione bidirezionale tra utenti e utility, il crescente uso di
apparecchiature per il controllo della sicurezza e la sorveglianza hanno contribuito
a incrementare il flusso di dati, che si prevede possa raggiungere 75.200 terabyte
entro il 2015. La crescita del traffico dati,
e soprattutto la crescita del traffico legato
a informazioni critiche, richiedono reti informatiche ad alta affidabilità, che fanno
ormai parte dell’attività di molte, se non
di tutte, le utility elettriche. Nel cuore
delle reti informatiche delle utility si trovano: switch e router Ethernet industriali;
software di gestione reti per permettere
di vedere all’interno delle reti e schemi
di ridondanza che supportino il ripristino
rapido da cadute di rete e problematiche
RETI ELETTRICHE
‘SMART’
SISTEMI ALTERNATIVI DI GENERAZIONE
ELETTRICA, COME LE SMART GRID, RICHIEDONO
SOLUZIONI INNOVATIVE, CON PROTOCOLLI
CHE SIANO IN GRADO DI GESTIRE RETI PIÙ
INTELLIGENTI, AFFIDABILI E ADATTE A
SUPPORTARE UN CRESCENTE TRAFFICO DATI
di cyber-sicurezza; apparecchiature di
sicurezza come firewall hardware; cavi
e connettori industriali, spesso utilizzati
nelle sottostazioni come pure sulle lunghe distanze; connettività wireless sicura
e affidabile, in grado di supportare AMR e
accesso remoto in situazioni non adatte a
una connettività cablata, per motivi fisici
o economici.
La nuova rete elettrica
La figura 1 fornisce uno schema semplificato dell’infrastruttura
informatica di una rete
elettrica. Si possono
formulare molteplici
ipotesi. In primo luogo,
si capisce facilmente
che la tecnologia Internet Protocol (IP) è
il primo componente
della smart grid perché basato su uno
standard flessibile e
scalabile. In secondo
luogo, è necessario
Fig. 1 - I componenti di una rete elettrica sono connessi
che gli switch e i router
in una classica struttura ad anello, con singoli punti di
alimentazione
industriali, in grado di
Fig. 2 - La tabella
mostra l’evoluzione
dei protocolli di
ridondanza e il
loro miglioramento
negli ultimi 20 anni,
che ha portato
a un’affidabile
prestazione di tempo
zero di failover,
indispensabile per
molte applicazioni
industriali, tra cui
la maggior parte di
quelle per smart grid
32
sostenere le richieste della rete elettrica,
possano far fronte anche alle richieste di
un maggior volume di dati. Ciò avviene
attraverso una più alta capacità di trasmissione, favorendo anche un routing intelligente della banda, grazie a protocolli
come Internet Group Management Protocol (IGMP). In terzo luogo, è necessario
sviluppare nuovi software e protocolli che
supportino la sicurezza, ottimizzino il routing, semplifichino e migliorino la gestione
di ridondanza, con la veloce discesa del
tempo tipico di riconfigurazione nei protocolli sviluppati in questo secolo. Ciascuna
riduzione nel tempo di failover ha comportato una riduzione del rischio nelle reti dati
basate su Ethernet in utility elettriche.
Il Parallel Redundancy Protocol (PRP), disponibile a partire dal 2008, e il protocollo
denominato High-availability Seamless
Redundancy (HSR), annunciato nel 2010,
sono stati i primi protocolli standard di
Fig. 3 - Il PRP fornisce zero failover senza perdita di pacchetti per traffico critico
dei dati. Per far funzionare la smart grid
sarà necessario automatizzare la maggior
parte della gestione, dell’analisi e della
visualizzazione di tutti i dati, permettendo
agli utilizzatori di occuparsi solo delle eccezioni e non delle minuzie.
ridondanza IEC a fornire tempi di failover
di 0 ms nelle cadute di rete. Essi offrono
un nuovo livello di affidabilità in ambienti
quali la distribuzione e la sicurezza elettrica, dove vi sono requisiti tassativi di
comunicazioni dati ininterrotte.
Verso la prestazione zero
failover
Parallel Redundancy
Protocol
È tuttavia rimasta una sfida, quella della
capacità di fornire un tempo di ripristino
zero in caso di cadute di rete. Negli anni,
sono stati sviluppati protocolli di ridondanza che hanno ridotto in modo significativo il tempo di ripristino a fronte di
cadute di rete. La tabella nella figura 2
mostra i dettagli di una serie di protocolli
Il PRP utilizza due LAN separate che mandano simultaneamente copia di ciascun
frame di dati dal nodo di origine a quello di
destinazione (collettivamente, nodi finali).
I nodi finali devono essere degli switch
dedicati, mentre gli altri switch della
rete ignorano l’attività del protocollo. Gli
switch dedicati o nodi finali sono chiamati
www.ilb2b.it
www.fieramilanomedia.it
Fig. 4 - Si può aggiungere un componente wireless a una rete PRP e fornire
comunque un failover di 0 ms senza perdita di pacchetti
Fieldbus & Networks
DAN, Double Attached Nodes; gli altri
switch della rete sono dei nodi standard
a interfaccia rete singola o Single Attached Nodes (SANs). Una caratteristica
importante di un’implementazione PRP è
il fatto che le due reti interessate possano
avere le stesse topologie, oppure avere
differenti topologie e/o differenti caratteristiche prestazionali. Il frame che raggiunge per primo il nodo di destinazione
viene accettato, mentre il secondo viene
scartato, in base all’interpretazione del
codice all’interno di ciascun frame. Fintantoché una delle LAN è in attività, ciascun
frame spedito raggiunge la destinazione,
pertanto il tempo zero di ripristino è ottenuto. Per far funzionare il sistema, ciascun nodo nel PRP deve possedere due
interfacce Ethernet con lo stesso indirizzo
MAC e presentare lo stesso indirizzo IP.
Come protocollo di ridondanza di livello 2,
PRP non rende necessarie modifiche nei
protocolli di rete a livello 3 o maggiori. I
nodi non-PRP e SAN sono collegati a una
singola rete e sono in grado di comunicare
soltanto con altri nodi della stessa rete o
attraverso una Redundancy Box (RedBox).
High-availability
Seamless Redundancy
HSR è un secondo protocollo di ridondanza standardizzato nella IEC 62439-3. È
stato selezionato come uno dei protocolli
di ridondanza indicati nella IEC 61850 per
impiego nell’automazione di sottostazioni.
Come nel caso delle reti PRP, le reti HSR
richiedono che un nodo sorgente mandi
due frame identici attraverso due porte
simultanee a una porta di destinazione,
tuttavia le reti HSR sono limitate a una
topologia ad anello. A differenza del PRP,
l’HSR utilizza dei DAN connessi l’un l’altro senza richiedere switch Ethernet dedicati. È importante notare che la banda di
rete disponibile viene dimezzata, poiché
vengono trasmessi in tutto l’anello due
frame invece di uno. Inoltre, ogni nodo
nell’anello deve essere un nodo finale con
switch adatto per HSR.Un nodo HSR che
riceve un frame Unicast con un proprio
indirizzo MAC come destinazione passa
il frame ai suoi livelli di applicazione e
scarta il frame duplicato. Quindi lo inoltra
come frame riconosciuto multicast (o broadcast) perché sia ritrasmesso, dopo aver
caricato la copia di sé stesso sui livelli
superiori. Quando il frame completa il cir34
Fig. 5 - L’HSR fornisce un tempo di failover inferiore a 4 ms
cuito dell’anello, il nodo mittente rimuove
il pacchetto dall’anello. Benché l’HSR usi
una topologia ad anello, sono possibili
connessioni ridondanti ad altre reti.
Esempi applicativi
La figura 3 mostra la conformazione di una
rete PRP semplice. Va tenuto presente che
il PRP è in grado di funzionare con ogni
genere di topologia. Lo standard LAN
può consistere in una semplice linea o in
una tecnologia aggiuntiva di ridondanza,
come la Rstp o MRP. I nodi SAN, che non
richiedono livelli di risposta zero failover,
si collegano soltanto a un singolo DAN e
non fanno parte della rete PRP. Questa
configurazione può essere utilizzata per
connettere due sottostazioni, utilizzando
PRP, mentre i dispositivi non critici di ogni
sottostazione si collocano al di fuori della
zona di zero failover. La figura 4 mostra
una versione più complessa di una rete
PRP che comprende la trasmissione duplicata attraverso una connessione wireless e attraverso una rete PRP. La figura
5 illustra un’applicazione HSR che collega
una serie di sottostazioni a un anello in
ridondanza. La RedBox è collegata a un
nodo sulla destra per fornire l’accesso a
un SAN collocato al di fuori dell’ambiente
HSR. Un insieme di pacchetti di informazioni circola in senso antiorario (frecce
rosse) mentre l’altro scorre in senso orario (frecce verdi). Se viene perso un pacchetto a causa della rottura di un cavo
o di un altro problema di trasmissione, il
secondo pacchetto giungerà a destinazione senza alcun ritardo. Ulteriore comFEBBRAIO 2013 FIELDBUS & NETWORKS
ponente in questo esempio è la possibilità
che la strumentazione all’interno di una
delle sottostazioni utilizzi switch incorporati a livello di scheda madre, anziché
scatole switch separate.
Modalità diverse ma
valide
Non vi è un unico modo ‘giusto’ di implementare una smart grid. Le soluzioni sono
altrettanto disparate quanto le caratteristiche delle utility e delle aree in cui operano. Un’utility municipalizzata nel nord
ovest, una collaborazione pubblica/privata
nel deserto sud occidentale e una cooperativa rurale nelle montagne degli Appalachi dovranno rispondere a sfide operative
diverse, oltreché a considerazioni politiche e finanziarie. Il PRP e l’HSR offrono un
nuovo livello di flessibilità nell’espandere
le reti IP negli impianti di trasmissione e
distribuzione delle utility elettriche, grazie
alla loro capacità di garantire la ridondanza con tempo zero di failover. Stanno
arrivando sul mercato switch industriali
irrobustiti e in grado di supportare questi
protocolli, i quali potranno essere integrati
facilmente nelle reti esistenti.
Gli standard IEC 61850 prevedono comunicazioni intelligenti, in grado di supportare
comunicazioni a due vie tra utility elettrica
e produttore elettrico indipendente, e tra
utility elettrica e consumatore finale. Con
la disponibilità di reti a zero failover, la
smart grid fa un passo in avanti verso il
suo pieno sviluppo.
Belden
Fieldbus & Networks
L’ACCOPPIATA
VINCENTE SULLE
STRADE DI BASILEA
D
iverse opere infrastrutturali
hanno una lunga fase di
gestazione; la realizzazione
della tangenziale nord di
Basilea è avvenuta dopo
circa 50 anni dalla prima pianificazione e
13 anni dopo l’inizio dei lavori. Nel 2007 è
stato aperto al traffico il tratto principale,
un anno più tardi è stata inaugurata l’intera autostrada urbana.
Un progetto di questa durata è stato necessariamente oggetto dei continui cambiamenti di tecnologia e di prodotti. Per
esempio, gli impianti tecnici implementati
nel 1999 sono stati rivisti nel 2003. A causa
dei gravi incidenti che si sono verificati in
altri tunnel autostradali europei, nel 2000
è stato effettuato un riesame approfondito degli aspetti di sicurezza. Sono stati
rivisti anche i requisiti di ventilazione dei
tunnel dopo l’introduzione dei convertitori
catalitici e la conseguente riduzione delle
emissioni. La ventilazione, in origine concepita solo per il normale esercizio, è stata
riprogettata anche in funzione di eventuali
incidenti o incendi in galleria.
Per la sicurezza degli utenti e per assicurare un flusso ottimale del traffico, tutti
gli impianti elettromeccanici e quelli di
gestione del traffico stesso sono stati
collegati e integrati in un unico sistema
di controllo e supervisione. Il sistema di
controllo ha assunto quindi una struttura
gerarchica in cui ogni livello forma un’unità
autonoma dal punto di vista funzionale e
UN SISTEMA BASATO SU PC EMBEDDED E
TWINCAT, SVILUPPATO DA BECKHOFF, È STATO
SCELTO PER LA GESTIONE DELLA NUOVA
TANGENZIALE NORD DI BASILEA N3, UNO DEI
TRATTI STRADALI PIÙ COMPLESSI E COSTOSI MAI
COSTRUITI IN SVIZZERA
tecnico, che non dipende da funzioni del
livello superiore. I documenti guida contenuti nella Specifica Tecnica Generale (GTS)
preparata dall’Ufficio di Ingegneria Civile
per le Autostrade Federali di Basilea hanno
permesso la pianificazione e la gestione
ottimale dei flussi di informazione, delle
segnalazioni e del sistema di controllo.
Tre reti di gestione
L’infrastruttura di comunicazione è formata
da tre reti diverse: una rete Ethernet da
10 Gbps, una rete Ethernet da 100 Mbps
per il sistema di funzionamento in emergenza e una rete Ethernet da 100 Mbps
per ciascuno dei sei controlli d’impianto
con collegamenti in fibra ottica. Tutti i
computer sulla rete Ethernet da 10 Gbps
sono stati collegati tramite TCP/IP con una
rete locale virtuale (Vlan) per ogni sistema.
Ognuno dei sistemi, infatti, può accedere
alla propria rete e gli impianti elettrici sono
elettricamente isolati fra loro. A livello di
controllo d’esercizio le comunicazioni avvengono via Ethernet mediante un apposito sistema di visualizzazione di processo
e controllo (PVSSII). La comunicazione tra
il livello di sistema e il livello controllo d’esercizio, nonché all’interno di uno stesso
livello, avviene tramite Ethernet TCP/IP/
Fast-Ethernet mediante OPC e il software
TwinCAT ADS Beckhoff. Anche la comunicazione dal livello di sistema al livello di
gestione dei gruppi avviene tramite FastEthernet e TwinCAT ADS.
Il livello di controllo d’esercizio rappresenta
il sistema di controllo di supervisione dal
quale vengono gestiti il controllo centrale,
la visualizzazione e il monitoraggio degli
altri impianti. Dal punto di vista dei dati,
il livello d’impianto è strutturato come
una normale rete con Ethernet TCP/IP e
comprende i PC master, per i quali sono
stati impiegati complessivamente 35 IPC e
Control Panel Beckhoff delle serie C6925
e CP6903.
Il livello di controllo di gruppo subordinato a quello di esercizio è composto da
CX9011, PC embedded compatti Beckhoff.
Tramite Ethernet TCP/IP, essi controllano
gli attuatori e i sensori collegati ai bus
terminal Beckhoff. I CX9001 utilizzano
Windows CE e il software TwinCAT PLC.
Complessivamente sono stati implementati 185 PC embedded serie CX9001 per
gestire circa 40.000 punti dati.
L’Ufficio di Ingegneria Civile per le Autostrade Federali di Basilea ha scelto e
certificato i componenti di automazione
Beckhoff dopo un’attenta valutazione del
mercato, apprezzandone la robustezza e
l’ampia diffusione nel settore delle utility.
Altri elementi a supporto della scelta sono
stati l’apertura a diversi sistemi operativi
(Windows XP Embedded e Windows CE),
le funzionalità e la robustezza del software
PLC TwinCAT basato su IEC 61131-3 e OPC
(OLE for Process Control).
Beckhoff Automation
35
Fieldbus & Networks
(
)
High-light
di Paolo Laganà
I
nlon Engineering propone una soluzione a basso impatto installativo,
che consente costi contenuti e
risparmio energetico grazie al controllo puntuale di ogni corpo illuminante (palo) e controlla ogni lampione
garantendo, da un’unica postazione, la
possibilità di accendere, spegnere e regolare l’intensità di ogni lampada.
La tecnologia applicata permette di creare una rete di dispositivi senza necessità di cablaggi aggiuntivi. Infatti, in ogni
lampione viene installato un regolatore
di flusso, dispositivo che regola, accende
e spegne la lampada (HPS e Metal
Halide), e i comandi a tale dispositivo
giungono attraverso la rete elettrica, la
stessa usata per alimentare le lampade.
Questo tipo di tecnologia riduce notevolmente i costi d’installazione, soprattutto
per i lampioni già esistenti, sui quali l’intervento è assai semplice.
I lampioni di un centro abitato normalmente sono collegati a cabine elettriche
LAMPIONI A BASSO
CONSUMO
IL NUOVO SISTEMA MESSO A PUNTO DA
INLON ENGINEERING, IN GRADO DI GESTIRE
SINGOLARMENTE I LAMPIONI CHE ILLUMINANO
LE CITTÀ, CONSENTE ALLE AMMINISTRAZIONI
DI LIMITARE IL CONSUMO ENERGETICO E IL
RILASCIO DI CO2, FACILITARE LA MANUTENZIONE
E RISPARMIARE SUI COSTI
Come funziona
il sistema
Il sistema è costituito da un
modulo di comando lampione, composto da un nodo
di rete e da un regolatore
di luminosità elettronico
(ballast). Il modulo utilizza
La centrale di controllo è costituita da un PC, da un
la rete elettrica 220 V sia
software di supervisione e da un modulo Gprs per
per l’alimentazione sia per
la connessione a tutti i moduli di cabina distribuiti
la trasmissione dati e gestisul territorio
sce i comandi accensionedi zona: un certo numero di lampioni è spegnimento, mezze luci, regolazione
cioè collegato alla stessa cabina. In di intensità. In alcuni modelli monitora
ognuna di queste viene installato un anche i consumi elettrici, il tempo di uso
Web server, dispositivo che consente e la temperatura. A questo si aggiunge
la comunicazione su rete IP, anche wi- un modulo cabina di trasformazione che
reless, tra la cabina e la centrale di con- raccoglie i dati e distribuisce i comandi
trollo. La struttura del sistema è pertanto al gruppo di lampioni collegati alla mecostituita da gruppi di lampioni collegati desima cabina elettrica. Va installato
a una cabina elettrica e a un dispositivo nella cabina e possiede un modulo di tradotato di modem Gprs che comunica con smissione Gprs per il collegamento alla
centrale di controllo; può collegare fino a
la centrale operativa.
36
La soluzione proposta da Inlon
Engineering consente un notevole
risparmio sui costi di energia
un massimo di 200 lampioni. Al modulo
di cabina è anche collegato un sensore
di luminosità esterna (crepuscolare) il
cui dato di luminosità viene inviato alla
centrale. C’è, infine, una centrale di controllo, costituita da un PC, da un software
di supervisione e da un modulo Gprs per
la connessione a tutti i moduli di cabina
distribuiti sul territorio. Attraverso il modulo Gprs e i moduli di cabina, la centrale
di controllo è in grado di comunicare con
ogni singolo lampione.
Gestione intelligente
Il software di supervisione svolge innanzitutto la funzione di definizione di fasce
orarie, tramite la quale è possibile pianificare l’illuminazione della città in base a
una programmazione oraria e alla quantità di luce naturale. L’intensità luminosa
delle lampade viene regolata dai ballast
collegati alla rete. Nel caso in cui, per le
caratteristiche delle lampade, non sia
possibile utilizzare i ballast, il sistema
utilizza la mezza luce, cioè dimezza il
software svolge poi la funzione di allarme
assorbimento, consentendo di verificare,
attraverso il consumo della lampada, se
la stessa sta funzionando correttamente
o è invece danneggiata. Infine
un risparmio del 30% sui costi di energia
e del 45% sui costi di manutenzione, consentendo a una città di 50.000 abitanti di
risparmiare 175.000 euro all’anno e di
La centrale di controllo è in grado di
comunicare con ogni singolo lampione
Anche i costi di manutenzione si abbattono grazie al sistema di gestione messo a
punto da Inlon Engineering
voltaggio dell’alimentazione ottenendo
così comunque una riduzione della luminosità e del consumo. Una seconda
funzione è data dal conteggio delle ore
di funzionamento delle singole lampade:
il sistema memorizza il tempo di funzionamento di ogni lampada per consentire
alla manutenzione di programmarne la
sostituzione in base alla vita della lampada dichiarata dalla casa costruttrice. Il
permette il comando manuale, ovvero
l’accensione e lo spegnimento di ogni
singola lampada attraverso il PC. Il software di supervisione ha inoltre una serie
di funzioni statistiche e una struttura
grafica che facilitano notevolmente il lavoro del responsabile dell’illuminazione,
fornendo report, tabelle e dati in tempo
reale sui consumi effettivi dell’impianto.
Adottando questa soluzione, è possibile
ridurre di 270 tonnellate l’emissione di
CO2 nell’atmosfera. L’80% dei guasti ai
lampioni possono essere riparati nell’arco
di una giornata, eliminando quasi totalmente i disagi conseguenti al transito in
strade buie. La cittadinanza avrà così la
sensazione reale di vivere in una città più
sicura. In tutto il mondo sono già 450 le
città attrezzate con questa soluzione e
molte le società specializzate che l’hanno
adottata.
Inlon Engineering
fieramilano, 23-26/10/2013
www.mechatronika.it
IN VETRINA ROBOT INDUSTRIALI MONTAGGIO, MOVIMENTAZIONE E MANIPOLAZIONE SISTEMI DI VISIONE MISURA
E CONTROLLO CONTROLLO DEI PROCESSI E DELLE LAVORAZIONI LOGISTICA E MOVIMENTAZIONE SOFTWARE E
HARDWARE PER LO SVILUPPO DI SISTEMI E PRODOTTI (PLM) IMPIANTISTICA: COMPONENTI E ACCESSORI SICUREZZA E
AMBIENTE SFORTEC-SUBFORNITURA TECNICA SENSORI, RILEVATORI, TRASDUTTORI STRUMENTAZIONE DI PROVA E
MISURA SISTEMI FIELDBUS E DI COMUNICAZIONE INFORMATICA PER L’INDUSTRIA SISTEMI SOFTWARE PER
L’AUTOMAZIONE E LA PRODUZIONE AUTOMAZIONE DELLA PRODUZIONE ELETTRONICA SERVIZI MANUTENZIONE Ingresso gratuito (riservato a operatori, stampa e istituti scolastici) dalle porte Sud, Est e Ovest di fieramilano: da mercoledì 23 a sabato 26 ottobre 2013, dalle 9.30 alle 18.00.
Per informazioni: MECHA-TRONIKA c/o CEU-CENTRO ESPOSIZIONI UCIMU SPA
viale Fulvio Testi 128, 20092 Cinisello Balsamo MI, tel. +39 0226 255 228-234, fax +39 0226 255 897, [email protected]
Organizzazione a cura di
con la promozione di
SIRI - Associazione Italiana
di Robotica e Automazione
37
Fieldbus & Networks
APPLICAZIONI DI
MOTION CONTROL
AVANZATO
Fonte: www.sxc.hu
39
Fieldbus & Networks
di Fabio Lama
L’
automazione industriale è da
molto tempo il punto di forza
della grande industria, ma anche
della piccola e media impresa;
ogni giorno le esigenze del mercato cambiano e, di conseguenza, i costruttori
di automazione industriale devono essere in
grado di adeguarsi velocemente. In questo settore, l’azienda Tonioni Sergio Meccanica (TSM)
PARTNER PER
L’AUTOMAZIONE
LA SINERGIA TRA L’AZIENDA EMILIANA TONIONI
SERGIO MECCANICA (TSM) E I PRODOTTI ELETTRONICI
PANASONIC HA PORTATO ALLA REALIZZAZIONE
DI SOLUZIONI PERSONALIZZATE DI AUTOMAZIONE
INDUSTRIALE, IN GRADO DI GARANTIRE
ALL’UTILIZZATORE FINALE PRECISIONE E RIPETIBILITÀ
ELEVATE
La funzionalità
Web server
permette
di poter
visualizzare
in realtime da
remoto lo stato
della macchina
Macchina speciale personalizzata
spicca per le soluzioni all’avanguardia che pro- La potenzialità del controllo
TSM è entrata in contatto con Panasonic tramite l’apone. TSM si trova a Loiano, paese adagiato assi di Panasonic si integra
perfettamente con la
zienda Orteco, da 30 anni presente sul mercato eminello splendido Appennino bolognese (che,
meccanica di precisione di TSM
liano e romagnolo come distributore di componenti per
come dice Goethe, è un pezzo meraviglioso del
l’automazione. L’attività di Orteco è da sempre improncreato), dove progetta e costruisce automazioni
speciali e robotica per l’industria. Le soluzioni proposte ai suoi pre- tata alla promozione tecnica di prodotti che fanno dell’innovazione
stigiosi clienti contengono una tecnologia avanzata e hanno come tecnologica e dell’affidabilità il suo aspetto principale, e che aiutano
i costruttori di macchine automatiche nello sviluppo di soluzioni sempriorità assoluta la soddisfazione del cliente stesso.
Grazie a un team di collaboratori interni ed esterni di altissimo livello pre nuove e più performanti. Un esempio di perfetta integrazione tra
tecnico e umano, TSM oggi propone e permette ad aziende manifat- la meccanica di precisione di TSM e la potenzialità del controllo assi
turiere di vari settori di adeguarsi velocemente alle nuove esigenze di di Panasonic è l’ultima macchina speciale progettata e costruita da
mercato con soluzioni automatiche personalizzate, mantenendo riser- TSM con il duplice compito di preparare un numero prefissato di mini
vatezza nei progetti. Ogni automazione TSM è un prototipo che nasce dischetti in materiale conduttivo da caricare su uno stampo di producon esigenze di qualità, efficienza, sicurezza, affidabilità e dimensioni zione costampati per automotive e controllare al 100% la produzione
ridotte; per questi motivi l’azienda ha deciso di utilizzare l’elettronica direttamente in linea, mediante l’utilizzo di una telecamera di ultima
Panasonic, che, oltre all’elevata qualità del prodotto, permette di dare generazione. Tutto questo in meno di 2 m2: il prodotto che esce dalla
sfogo alla creatività del progettista grazie alla geniale tecnologia linea deve infatti essere pronto per la spedizione all’utilizzatore finale.
L’obiettivo dell’applicazione è avere una precisione e una ripetibilità
sulla quale è basata tutta la sua architettura.
40
costante nel tempo inferiore ai 5 centesimi di millimetro. L’ulteriore
richiesta del cliente è stata la necessità di realizzare con la stessa
macchina più formati diversi tra loro, cambiando non più di due pezzi
meccanici e avendo sempre la certezza che l’operatore monti i pezzi
relativi a ogni formato in coerenza con quanto impostato dal pannello
operatore.
Tecnologia di semplice utilizzo
Considerato il numero di assi indipendenti in gioco (ben 7) e la richiesta di precisione evidenziata, TSM ha deciso di adottare i servomotori brushless Minas A5 di Panasonic collegati in rete Rtex. La rete
Rtex è un collegamento sincrono fast realtime Ethernet 100 Mbps
Anche applicazioni complesse risultano semplici da utilizzare per il
cliente
nella parte di Web automation con l’aggiunta del modulo FPWeb
Server e la relativa FPWeb Expansion. L’accoppiata ha permesso al
cliente finale di avere l’automazione direttamente connessa alla rete
I prodotti elettronici Panasonic sono stati scelti da
TSM per la loro tecnologia
che semplifica enormemente l’installazione e il cablaggio; realizzato tramite cavo standard per reti LAN
Ethernet (categoria 5), garantisce ottime prestazioni,
per esempio un ciclo di comunicazione 0,083 ms per 5
assi, oltre alla possibilità di monitorare in tempo reale
il funzionamento degli assi stessi. Tra le caratteristiche
peculiari del servo azionamento Minas A5 troviamo la
tecnologia realtime autotuning, in grado di intervenire
e regolare automaticamente e molto velocemente secondo le mutuabili condizioni di inerzia, e la tecnologia
Filtro Notch Adattivo, in grado di calcolare automaticamente in tempi brevissimi la frequenza di risonanza,
eliminando così le vibrazioni meccaniche. Il risultato è
stato un assoluto successo, con grande soddisfazione Per la realizzazione della sua ultima macchina speciale, TSM si è avvalsa delle
del cliente finale che ha potuto constatare la semplicità soluzioni elettroniche fornite da Panasonic
di utilizzo nonostante la complessità dell’applicazione
(più di 950 combinazioni diverse di movimenti solo per i primi 5 assi) aziendale, e grazie alla funzionalità FTP tutti i dati di produzione vene la precisione raggiunta dalla macchina, inferiore ai 2 centesimi di gono automaticamente scaricati e archiviati (oltre alla SD Card) in
mm in una corsa di 850 mm, sia nel prelievo sia nel deposito del una cartella di rete protetta. La funzionalità Web server permette di
prodotto lavorato. La logica di comando e controllo, sia della parte poter visualizzare in realtime da remoto, attraverso l’utilizzo di comuni
azionamento sia degli altri attuatori e sensori, è stata realizzata con browser in PC o cellulare, lo stato della macchina, i dati di produzione,
il potente FPSigma, PLC potenzialmente in grado di comandare con la lista allarmi. L’unità FPWeb Server connessa alla rete permette la
il modulo Rtex fino a un massimo di 16 assi. Il pannello operatore programmazione a distanza per il debugging nella messa in servizio.
GT32 da 5,7” è stato scelto come interfaccia operatore per il giusto Grazie alla pluriennale esperienza nei settori dell’automotive, del
compromesso di area visibile e dimensioni dello stesso, le quali sono medicale, dello stampaggio, della produzione di componenti per l’estate un punto cruciale per lo sviluppo di un’intera macchina compatta lettronica, TSM ha deciso di standardizzare per le proprie applicazioni
la tecnologia Panasonic, perché il continuo sviluppo e l’innovazione
ma allo stesso tempo ergonomica nell’iterazione.
dei prodotti sposano perfettamente la filosofia del fondatore di TSM:
Automazione in rete
garantire al cliente sempre maggiori prestazioni e affidabilità.
Le soluzioni integrate di factory automation proposte da Panasonic
Panasonic Electric Works Italia
sono state sfruttate sia, come appena visto, nella parte motion, sia
41
Fieldbus & Networks
di Roberto Campani
G
F SpA è un’importante realtà italiana con sede a Solignano (Parma)
presente da più di trent’anni, nel
mondo dell’automazione industriale
e specializzata nella progettazione
e realizzazione di macchine per il controllo di
qualità e di processo e per l’imbottigliamento nel
settore farmaceutico. Negli ultimi anni l’azienda
si è resa protagonista di una crescita esponenziale focalizzandosi sulle macchine per il trattamento dei contenitori in polipropilene, passando
da 25 a circa 100 dipendenti e aumentando il
proprio fatturato fino a 20 milioni di euro nel
2011. Il salto di qualità è stato possibile grazie
all’apertura sul mercato farmaceutico cinese,
il primo al mondo a considerare l’utilizzo delle
materie plastiche per i contenitori di soluzioni
infusionali, che ha individuato in GF uno dei
pochi fornitori al mondo in grado di realizzare
giostre rotanti che gestiscono più di 6.000 pezzi
l’ora. GF ha infatti brevettato un sistema per
soddisfare queste esigenze, il che ha consentito
all’azienda parmense di entrare in contatto con
i più grandi gruppi farmaceutici internazionali.
DAL CONTROLLO
QUALITÀ ALLA
ROBOTICA: QUANDO
L’ITALIA ESPORTA
INNOVAZIONE
GF SPA, AZIENDA ITALIANA CHE PRODUCE
MACCHINE PER L’AUTOMAZIONE DEI PROCESSI
INDUSTRIALI DEL SETTORE FARMACEUTICO,
CONFERMA SCHNEIDER ELECTRIC COME PRINCIPALE
PARTNER TECNOLOGICO
soluzioni di motion su tutto il
territorio italiano.
Architettura
scalabile
Neva aggiunge analoghe
considerazioni per la tecnologia modulare iSH dell’offerta PacDrive M: “I maggiori
vantaggi di questa tecnologia
sono infatti la scalabilità
dell’architettura e il fatto che
i motori vengano montati a
bordo macchina, così che
Dalla parte dell’innovazione
l’aggiunta di un motore non
Riveste enorme valore anche il carattere altacomporti l’ampliamento del
mente innovativo di GF, costituita da persone
quadro elettrico”. Un dettasempre alla ricerca di novità in ambito informaglio che diventa determinante
tico ed elettronico, che conferiscono alle solunella tipologia di macchine
zioni progettate maggiori vantaggi per aumentare
realizzate da GF sia per l’inil livello di qualità e prestazioni. L’ufficio elettrogombro sia per la facilità di
nico GF rappresenta infatti il cuore dell’azienda
gestione delle operazioni
ed è stato istituito proprio con questo obiettivo.
a partire dall’azionamento
“Si cerca sempre più di demandare all’elettronica
stesso. D’altronde le soluRiempimento flaconi in vetro
la movimentazione degli organi che fanno parte
zioni Schneider Electric sono
della macchina, mentre fino a qualche anno fa la
state le prime a immettere
tendenza era di prediligere la componente mecsul mercato motori con aziocanica” sostiene Gabriele Neva, responsabile ufficio elettronico, “que- namento integrato. La tecnologia iSH è stata utilizzata da GF anche
sto consente vantaggi sia in termini di costi sia di sviluppo, diagnostica per lo sviluppo di un robot Scara utilizzato per il riempimento delle
e manutenzione”.
siringhe: si tratta di una macchina complessa che ha in funzione una
GF lavora a stretto contatto con Schneider Electric, soprattutto per rea- coppia di organi in grado di compiere rotazioni di 360 gradi, in cui l’uso
lizzare soluzioni motion ad alte performance che fanno parte della sua di iSH era imprescindibile vista la natura stessa della macchina e l’uofferta dopo l’acquisizione di Elau. Oggi Schneider Electric è presente bicazione in cui era stato previsto il motore. Inutile sottolineare che, in
sul territorio emiliano con una nuova sede a Bologna che rappresenta completo stile GF, l’azienda ha sviluppato il tutto internamente grazie
l’unione dell’area commerciale Emilia Romagna-Marche e l’OEM Ma- anche alle proprie competenze in ambito di robotica: l’ufficio di prochine Solution & Packaging Center, quest’ultimo specializzato nelle gettazione meccanica, guidato da Enzo Sorrentino, ha infatti saputo
42
-
Display Touchscreen da 5.7” a 19”
Frontale IP-64
Gamma completa di CPU scalabili
Fino a 4 porte seriali e 6 USB
Fino a 2 porte Gigabit Ethernet
Wi-Fi, Bluetooth e 3G
PPC & WIDS Series
Display Touchscreen da 6.5” a 19”
Frontale in alluminio IP-65
Gamma completa di CPU scalabili
Fino a 4 porte seriali e 6 USB
Fino a 2 porte Gigabit Ethernet
Prese USB frontali IP-65 (serie WIDS)
Slot d’espansione PCI o PCIe (da 15” a 19”)
Design-In Service
- Sistemi configurati su specifica
- Personalizzazione sistemi operativi:
Windows® Embedded & Linux
- Personalizzazioni BIOS
A
RTNE
CN
CO
-
R
Schneider Electric - GF
AFOLUX Series
TE
avuto alcuna difficoltà
da questo punto di
vista, il che costituisce
un vantaggio tutt’altro che banale”. Dal
punto di vista pratico,
questo significa anche
poter disporre dei bus
di campo più comuni
sul mercato. “Oltre a
utilizzare Sercos, un
bus ad alte prestazioni
per la parte di automazione e motion,
abbiamo la possibilità di gestire organi
e componenti collegati in Devicenet o in
Profibus, oltre che in
Canopen, il protocollo
standard utilizzato da Riempimento sacche
Schneider Electric”.
Inoltre, la possibilità stessa di utilizzare librerie software a seconda
delle esigenze è perfetta per chi, come GF, costruisce macchine seguendo una logica modulare, perché permette di sfruttare basi già
pronte, testate e validate, e implementarle in base alle diverse necessità anziché dover ripartire da zero ogni volta, permettendo così
al progettista di concentrarsi maggiormente sullo sviluppo della sua
macchina e delle sue dinamiche. Non solo, l’utilizzo di librerie consente inoltre di sviluppare un software composto da moduli standard
diffusi a livello globale che si possono implementare, modificare e riutilizzare per nuove applicazioni. “Grazie alla modularità delle librerie
software qualunque tecnico specializzato può intervenire, anche non
conoscendo nel dettaglio l’applicazione del caso: gli sarà sufficiente
seguire le linee guida della piattaforma software Schneider Electric”,
nello specifico il software EPAS4 per la tecnologia PacDrive M e SoMachine Motion per la nuova tecnologia PacDrive3.
Touch panel PC
... pronti allo scatto
P
Syfill series, trattamento siringhe sterili
sfruttare al meglio un
sistema di gestione e
di motion control potente e flessibile come
PacDrive M.
PacDrive M è infatti
una soluzione che
nasce proprio per pilotare macchine complesse che, a detta di
Neva, “è stata confermata perché ha sempre
consentito prestazioni
ottimali”. “Le macchine che produciamo
hanno bisogno di
un’architettura modulare in grado di potersi
interfacciare anche
con dispositivi e componenti di terze parti.
Ad oggi non abbiamo
O LO G
I
www.contradata.com/panelpc
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-
tel: 039 2301492
Fieldbus & Networks
di Patrizio Emilia
“Q
MIGRAZIONE
DI SUCCESSO
uello che ci lega a Rockwell CAMA GROUP E ROCKWELL AUTOMATION LAVORANO
Automation non è un sem- INSIEME A UN PROGETTO DI R&S PER IMPLEMENTARE
plice rapporto tra cliente e
L’ARCHITETTURA INTEGRATA NELLE SOLUZIONI
fornitore di automazione:
negli anni abbiamo costru- ROBOTIZZATE CHE L’AZIENDA INSTALLA IN TUTTO
ito una vera e propria partnership, mettendo a IL MONDO: UNA PARTNERSHIP CHE VA OLTRE LA
fattore comune le competenze maturate nei riTECNOLOGIA
spettivi ambiti di riferimento”. Così Annalisa Bellante, marketing manager di Cama Group, definisce la collaborazione ticolare, dopo aver dotato delle soluzioni Rockwell Automation i suoi
tra la sua azienda, non un semplice costruttore di macchine ma un robot top loader, Cama Group ha proseguito nel migrare la logica e il
fornitore di linee complete per il packaging secondario, e Rockwell motion control dei suoi robot a cinematica parallela (i Triaflex) da una
Automation, a sua volta non un semplice marchio di prodotti di auto- tecnologia mista a una totalmente Rockwell. Il percorso avviato da
Cama Group è sfociato in un vero
e proprio progetto di R&S non
fine a sé stesso ma orientato a rispondere a un’esigenza espressa
dal mercato. Dice ancora Mosca:
“Dobbiamo poter garantire al
cliente quello che chiede, ossia
il passaggio da una tecnologia
mista, comprendente soluzioni
di diversi marchi, a una tecnologia basata interamente sulle
soluzioni hardware e software di
Rockwell Automation. Tutto questo senza compromettere l’efficienza e l’efficacia dei processi
produttivi”.
L’automazione delle linee
di imballaggio sviluppate da
Cama Group è ora affidata alle
soluzioni hardware e software
di Rockwell Automation
mazione ma un player che affianca a un’offerta completa di soluzioni
di automazione e controllo un supporto tecnico competente e affidabile. Proprio il servizio e il supporto fornito dal team Gotc (Global
Oem Technical Consultants) di Rockwell Automation hanno fatto la
differenza in un progetto volto a migrare il sistema di automazione e
motion control dei robot di Cama Group da tecnologia mista a tecnologia esclusivamente Rockwell.
Migrazione verso l’integrazione
Come spiega Paolo Mosca, electronic department manager di Cama
Group: “Poco più di un anno fa abbiamo avviato con il team di Rockwell
Automation un percorso volto a progettare e realizzare l’automazione
dei nostri robot utilizzando esclusivamente la loro tecnologia”. In par44
Obiettivi
e metodi
In collaborazione con il team
Gotc, il dipartimento di R&S e
l’ufficio di progettazione elettronica e meccanica di Cama Group
hanno così gettato le basi del progetto, condividendo con Rockwell Automation, oltre agli obiettivi, i
metodi di project management. “La definizione chiara delle specifiche
e dei target, alla quale ha contribuito in modo determinante la competenza dei team coinvolti, e la condivisione dei metodi di gestione del
progetto sono stati gli elementi vincenti della nostra collaborazione,
perché ci hanno consentito di rispettare il time-to-market e controllare i costi” prosegue Mosca. “Dal punto di vista tecnico, l’idea di
base era quella di integrare logica e motion in un’unica piattaforma
di automazione per il robot, seguendo un approccio modulare che consentisse poi di adattare la soluzione alle problematiche specifiche dei
processi produttivi dei nostri clienti”. La panoramica di applicazioni
che Cama Group sviluppa in tutto il mondo è, infatti, ampia: l’azienda
opera principalmente nei settori bakery, confectionery, pet food, dairy
e coffee, ma guarda con attenzione anche al mercato non-food e alla
manipolazione e confezionamento di prodotti ‘nudi’.“I nostri robot si
inseriscono in linee d’imballaggio complete e di volta in volta personalizzate in base alle esigenze del cliente” spiega Mosca, sottolineando come i fattori di complessità del progetto fossero molteplici. “Il
sistema di automazione e controllo del robot doveva tenere conto di
diversi requisiti, tra i quali l’alta velocità, la flessibilità nella manipolazione, la sincronizzazione tra i diversi assi all’interno dell’impianto
e la gestione dei cambi formato”.
Piattaforma unica, automazione complessa
sicurezza, le reti di sicurezza certificate consentono di ridurre i costi
di cablaggio e di risolvere le applicazioni di sicurezza mediante implementazioni software. Integrazione è stata la parola d’ordine anche
per quanto concerne la parte di sviluppo software del progetto: l’adozione di RSLogix 5000 come unico ambiente di programmazione
per la logica, il motion e la diagnostica dell’impianto ha consentito
a Cama Group di confezionare una soluzione realmente uniforme, a
tutto vantaggio dell’utente finale, indipendentemente dai processi
che il robot è chiamato a svolgere. “Nello sviluppo software abbiamo
tenuto conto anche delle linee guida Omac per quanto riguarda l’impostazione del software e l’interfaccia operatore, facendo in modo
che quest’ultima rispettasse determinati criteri di look&feel e fosse
valida anche per la diagnostica” aggiunge Mosca.
All’avvio del progetto, Cama Group e Rockwell Automation hanno
delineato le specifiche tecniche per dimensionare PLC, I/O, motori,
azionamenti, inverter e pannelli di visualizzazione. Come cuore del
La catena di vantaggi
sistema è stata selezionata la Logix Platform con motion integrato.
La soluzione Rockwell Automation installata includeva ControlLogix Alte prestazioni, velocità e affidabilità ai massimi livelli sono i risul(PAC) Allen-Bradley L72 con scheda Sercos; servo drive Allen-Bradley tati principali che Cama Group ha ottenuto grazie all’implementazione
Kinetix 6000 e 5000; servo motori Allen-Bradley MPL; inverter Power- della tecnologia Rockwell Automation nell’isola robotizzata. Il proFlex Allen-Bradley; pannelli operatori Allen-Bradley PanelView Plus getto ha così pienamente soddisfatto il presupposto iniziale: garanHMI; PLC di sicurezza Allen-Bradley GuardLogix;
Allen-Bradley Safety I/O e infine RSLogix 5000
EtherNet/IP. Gli obiettivi del progetto riguardano migliori performance e velocità elevate;
affidabilità e riduzione dei costi; armonizzazione
dell’impianto; ottimizzazione; riduzione degli
ingombri; complessità ridotta grazie a un’interfaccia comune; approccio modulare per poter
definire degli standard riciclabili in futuro e molteplici vantaggi per l’utente finale. “Nello specifico, abbiamo adottato il ControlLogix L72 con
interfaccia Sercos, gli azionamenti Kinetix 6000
e 6500, gli inverter Powerflex, i motori MPL e i
pannelli PanelView Plus” precisa Mosca. Oltre
a consentire di raggiungere l’obiettivo dell’integrazione, la piattaforma basata su ControlLogix
ha permesso a Cama Group di gestire contemporaneamente le diverse cinematiche del robot,
eseguendo una sincronizzazione efficace con
il tracking, l’handling e la visione. “Grazie alla
Tra i vantaggi per l’utente finale scaturiti dalla partnership tra Cama Group e Rockwell
Logix Platform possiamo realizzare e gestire tutte c’è la razionalizzazione delle singole parti impiegate negli impianti di imballaggio
le cinematiche e le configurazioni degli assi nei
vari processi, così come, tramite Ethernet IP, possiamo interfacciare tire al cliente la stessa efficienza ed efficacia dei processi produttivi
i sistemi di visione, sia OCR (Optical Character Recognition) sia OCV sostituendo i differenti sistemi di controllo della logica e del motion
(Optical Character Verification), a tutti i dispositivi Rockwell Automa- con l’architettura integrata di Rockwell Automation. “Adottando un’elettronica uniforme abbiamo armonizzato l’impianto e siamo stati in
tion presenti nell’isola robotizzata”.
grado di gestirlo in modo ottimale” commenta Mosca. “Seguendo
Sicurezza e software
poi un approccio modulare abbiamo potuto progettare l’impianto deUn altro aspetto importante di cui Cama Group ha dovuto tenere finendo degli standard replicabili in futuro”.
conto in fase di progettazione del sistema di automazione è la sicu- I vantaggi ottenuti si traducono poi in benefici per l’utente finale:
rezza operativa della macchina. “In questo senso era fondamentale razionalizzazione delle parti impiegate negli impianti, un’interfaccia
per noi poter collaborare con un partner affidabile e qualificato che unica per la gestione della linea, un ingombro contenuto degli armadi
fosse il più possibile ‘service oriented’, così come noi lo siamo con i elettrici e dei cablaggi e, di conseguenza, una generale riduzione nei
nostri clienti. Per quanto riguarda la safety, l’adozione dei prodotti costi. “Il progetto che abbiamo portato a termine insieme a Rockwell
Rockwell Automation è in linea con la nostra scelta di razionalizzare Automation ha per noi un’importanza strategica, perché in esso abe standardizzare il più possibile i sistemi di sicurezza sulle nostre biamo interpretato le tendenze del mercato del packaging da qui ai
linee” aggiunge Mosca. In conformità alla UNI EN ISO 13849-1 gli prossimi cinque anni” conclude Annalisa Bellante. “In questo senso
impianti di Cama Group garantiscono il PL (Performance Level) D. Nel era fondamentale per noi poter collaborare con un partner affidabile
caso specifico, non solo soluzioni tecniche basate su relè di sicurezza e qualificato, che fosse il più possibile ‘service oriented’, così come
Guardmaster e l’adozione di funzionalità di sicurezza integrate negli noi lo siamo con i nostri clienti”.
azionamenti e negli inverter: per la progettazione di linee complesse
Rockwell Automation
con isole robotizzate il PLC di sicurezza Guardlogix, i moduli I/O di
45
Fieldbus & Networks
di Alessandra Flammini*, Emiliano Sisinni*
… TRAVOLGERÀ ANCHE L’AMBIENTE INDUSTRIALE,
TRADIZIONALMENTE RESTIO AD ACCETTARE LE
INNOVAZIONI
L’
impiego dei sistemi di comunicazione wireless è
ormai parte integrante della vita di tutti. Ogni giorno
assistiamo all’offerta di nuovi (e a volte anche ‘sconvolgenti’, visto le funzionalità offerte) prodotti basati
proprio sull’impiego di tali tecnologie. Non è probabilmente eccessivo dire che i vantaggi derivanti dalla ‘mobilità’ hanno
reso l’uso di questi dispositivi quasi una necessità inderogabile. La
vita di ognuno di noi è in parte online, tanto per usare un termine in
voga, grazie soprattutto a telefoni cellulari, tablet, notebook e, non
dimentichiamolo, TV. È quindi evidente che le trasmissioni wireless
sono di fatto un’interfaccia di comunicazione privilegiata.
Diventa pertanto naturale chiedersi se questa ‘onda wireless’ travolgerà anche l’ambiente industriale, tradizionalmente restio ad accettare le innovazioni. Tuttavia, se guardiamo al passato recente, in
pochissimi avrebbero immaginato uno scenario anche solo minimante
vicino a quello di un moderno impianto, pertanto è ragionevole presumere che, nel giro di pochi anni, anche il settore dell’automazione
industriale abbraccerà questo tipo di soluzioni in maniera massiccia.
L’uso di queste tecnologie ha comunque già oggi aperto le porte a
un modo nuovo di pensare e progettare l’architettura di un impianto
di automazione. I vantaggi strategici sono evidenti e si traducono in
notevoli risparmi sui costi e sui tempi nelle fasi di progettazione e
installazione oltre che nella logistica. All’ovvia riduzione dei costi dovuta alla mancanza intrinseca del cavo (che è sicuramente il driver
principale nell’adozione di un sistema wireless) vanno poi aggiunti miglioramenti drammatici nella frequenza e nella significatività dei dati
provenienti dal processo, grazie alla possibilità di sostituire letture
manuali con sistemi di misura automatici. Diretta conseguenza è la
riduzione dell’esposizione umana ad ambienti pericolosi e la prevenzione di incidenti e infortuni grazie a un monitoraggio più significativo
e alla possibilità di implementare strategie di manutenzione predit-
46
tiva. Va poi ricordato che la collocazione di punti aggiuntivi di misura
in una rete può avvenire in maniera incrementale e può facilmente
integrarsi con l’infrastruttura già esistente.
Un possibile approccio
È convinta del successo di questo approccio Panasonic, come appare
evidente dalle parole di Vittorio Agostinelli, product manager Factory
Automation di Panasonic Electric: “L’offerta di soluzioni wireless di
campo costituirà un sicuro punto di riferimento laddove il cablaggio
sia difficoltoso o dove sia necessario mettere in funzione in tempi
rapidi un nuovo impianto. Anche Panasonic si sta muovendo in questa
direzione con l’offerta del modulo KR20 sia come elemento master
sia slave (oppure repeater) ponendosi come bridge nel bus di campo
utilizzando le frequenze libere di 2.4 GHz. La tecnologia wireless
di controllo si coniuga con l’esigenza di poter controllare e gestire
l’impianto anche da remoto. È per questo che l’azienda desidera essere attiva nel telecontrollo offrendo soluzioni potenti e compatte,
composte sia da hardware (Web server e PLC), sia da librerie software ad hoc; lo scopo è da un lato quello di premettere una facile
ed immediata implementazione di applicazioni complesse, per mezzo
della rete VPN, della connessione Gprs, dell’invio di SMS, sfruttando
protocolli standard”.
Le fa eco Julia Arneri Borghese, responsabile marketing di Paradox
Engineering, che sottolinea come “le tecnologie wireless sono sempre
più utilizzate per sviluppare soluzioni avanzate per il monitoraggio e il
controllo degli impianti industriali. Le aziende sono infatti consapevoli
del valore dei dati generati da sensori, attuatori, motori e ogni altro dispositivo in grado di tracciare parametri quali temperatura, pressione,
emissioni, vibrazioni, ecc. Si tratta di informazioni che, se raccolte ed
elaborate in modo adeguato, possono contribuire a una pianificazione
più efficace della produzione, nonché all’ottimizzazione dei processi
Fonte: www sxc hu
L’ONDA WIRELESS
Fonte: www.sxc.hu
esistenti e alla prevenzione di guasti e problemi. Le soluzioni wireless dente dal singolo produttore di prodotti finiti per poter garantire il
possono fare la differenza in tutte le situazioni in cui i tradizionali multivendor”. Vanno nella stessa direzione le considerazioni di Agosistemi cablati siano troppo costosi, inefficienti o persino impossibili stinelli che aggiunge a quanto detto prima come “Panasonic miri a
da implementare per problemi ambientali o tecnici. Vengono anche offrire una gamma completa di prodotti per il settore dell’automazione
utilizzate per estendere eventuali soluzioni pregresse di monitoraggio, industriale, motivo per il quale l’impegno dell’azienda è di ampio e
nonché impostare campagne temporanee o incrementali di raccolta largo respiro. Per quanto concerne il settore delle reti e dei bus di
dati”. A conferma di quanto detto, riprende dicendo che “Le soluzioni campo, lo scopo è quello di fornire soluzioni fortemente integrate:
wireless assicurano all’azienda un sostanziale risparmio sui costi: l’e- sicuramente al giorno d’oggi la disponibilità di un’ampia gamma di sosperienza dei nostri clienti, confermata da diversi studi indipendenti, luzioni di bus di campo e di controllo remoto ‘la fa da padrone’. È per
dimostra che una soluzione di wireless sensor network costa fino al questo che l’azienda desidera essere attiva sia nell’interfacciamento
50-70% in meno di un’analoga infrastruttura wired”.
dei bus di campo con la soluzione Flexible Network in
Purtroppo, però, nessun tipo di tecnologia wireless
grado di rendere disponibili unità master slave per i
risolve tutti i problemi. Pertanto, per massimizzare il
più diffusi protocolli standard (Canopen, Devicenet e
ritorno sugli investimenti, le aziende devono selezioProfibus..), sia nel settore del telecontrollo, grazie a
narlo in funzione dell’applicazione di interesse. Oltre
soluzioni potenti e compatte, usufruendo della posa caratteristiche in qualche modo scontate, come la
sibilità di implementare un m2m come estensione
banda operativa licenziata o meno e la capacità di relogica del bus di campo. Altro ambito in cui vediamo
spingere le interferenze e garantire la coesistenza con
una forte risposta positiva del mercato è quello realtri sistemi a radio frequenza, pertanto importante
lativo alla comunicazione mediante rete Ethernet,
per un produttore di apparecchiature (OEM) poter
ed è per questo che si stanno ‘spingendo’ soluzioni
integrare in maniera semplice una o più tecnologie
standard e proprietarie sia per i PLC compatti (FPX in
wireless con i sistemi esistenti per preservare e/o
primis mediante la nuova funzionalità ‘PLC link’ sulla
Julia Arneri Borghese
estendere le funzionalità dell’infrastruttura di comuporta Ethernet) sia per i PLC modulari. A tutto questo
nicazione già presente. Una tale flessibilità e interoperabilità è co- si aggiunge l’ormai noto modulo Web server che offre una quanto mai
munque oggi possibile grazie alla presenza sul mercato di soluzioni variegata serie di funzionalità, tra le quali anche l’interfacciamento
standard mature ed affidabili.
Ethernet per protocollo Modbus TCP”.
Questa considerazione si rispecchia nella filosofia di Paradox Engineering. Continua Borghesi suggerendo ai potenziali clienti “di con- I dubbi
siderare sei parametri principali quando valutano la bontà di un nodo A frenare la diffusione dei sistemi wireless possono essere invece i
wireless: la modularità (ovvero la possibilità di integrare diversi mo- dubbi relativi alle loro effettive prestazioni, alimentando quelli che
duli I/O) e l’interoperabilità rispetto ai sistemi esistenti), la scalabilità sono spesso definiti come ‘inibitori psicologici’. Tuttavia, i sistemi wi(ovvero l’opportunità di far evolvere la rete nel tempo, senza dover svi- reless sono visti sempre più spesso come un miglioramento di una posluppare infrastrutture aggiuntive), l’affidabilità (il nodo deve offrire ca- sibile, ma inefficiente o sconveniente comunicazione cablata, come si
pacità di autenticazione e crittografia per garantire la sicurezza delle evince dalle stesse parole di Arneri Borghese che sottolinea come “a
informazioni e della comunicazione; deve inoltre essere certificato volte il wireless è l’unica alternativa possibile per implementare una
per operare anche in condizioni estreme), la facilità di installazione (il soluzione affidabile di monitoraggio e telemetria. Pensiamo ad esemnodo non deve richiedere l’intervento di manodopera specializzata o pio agli impianti situati in località non raggiunte dalle reti terrestri
competenze tecniche specifiche per essere implementato, deve avere (piattaforme offshore, siti isolati, condizioni climatiche estreme, ecc.),
interfacce standard e capacità di auto installazione), la semplicità di oppure agli impianti ospitati all’interno di grandi complessi industriali,
gestione all’interno della rete (il nodo deve avere capacità di auto in cui l’azienda non ha accesso né controllo sull’architettura ICT. In tali
diagnosi e risoluzione dei problemi, deve assicurare livelli elevati di casi non è possibile o conveniente basare la propria soluzione sulla
penetrazione e immunità dalle interferenze, deve poter essere gestito rete tradizionale, per cui il wireless rappresenta l’opzione più valida
da remoto attraverso strumenti web), l’efficienza energetica (ovvero e sicura”. Di simile avviso Laganà che afferma “con le chiacchere ci
l’integrazione di tecnologie ultra lowpower e di sistemi per ridurre i può stare sempre tutto, incluso le inibizioni psicologiche, ma il vero
consumi energetici). I clienti si stanno senza dubbio orientando verso inibitore è l’interesse dell’elettricista, che spesso ha un forte potere
le soluzioni open standard che, tra tutte le possibilità disponibili sul almeno di indirizzo verso il cliente finale o il responsabile di reparto, a
mercato, offrono le migliori garanzie in termini di ROI e riduzione del cablare sempre e comunque, tant’è che il wireless è sempre l’ultima
rischio. Scegliendo sistemi open standard, il cliente evita infatti di spiaggia e, a quel punto, non c’è inibizione che tenga”.
vincolarsi a uno specifico fornitore o una determinata tecnologia, per A suffragio di queste considerazioni, va ricordato che, pur essendo un
cui è certo di ottenere livelli superiori di interoperabilità, flessibilità impianto industriale un luogo alquanto ostico, non è strettamente nee scalabilità. È una filosofia che Paradox Engineering ha sposato in cessario garantire la ‘linea di vista’ per avere un segnale robusto tra
pieno: da sempre tutte le soluzioni che proponiamo sono basate su due o più dispositivi radio. Le onde radio possono viaggiare attraverso
standard aperti e possono essere integrate senza problemi su qualsi- una varietà di oggetti con diversi livelli di attenuazione. Nel caso dei
asi tipo di infrastruttura, nuova o esistente”. Ma ancora più perentorie sistemi a radiofrequenza, in particolare, l’area in cui le onde radio si
sono le parole di Paolo Laganà progettista ed esperto di integrazione propagano a partire dall’antenna trasmittente è nota come zona di
di Inlon Engineering, che non esita a dire che la tecnologia wireless Fresnel; in questa zona, come per le onde che si vengono a creare landel futuro dovrà essere “assolutamente standard: sono fermamente ciando un sasso in uno stagno, il segnale può essere riflesso, rifratto o
convinto che nessuna norma debba imporre un protocollo su un altro, disperso, a seconda degli ostacoli frapposti. Anzi, proprio questi fenoma andrebbero definiti i parametri per definire quando un protocollo meni consentono al segnale di arrivare al ricevitore anche quando non
sia standard e quindi escludere a priori i bus proprietari. Ad oggi, c’è linea di vista. Quello che conta, nel progettare una rete di sensori
standard vuol dire diffuso e supportato in tutto il mondo e indipen- wireless, è garantire che il ‘budget link’, ovvero la potenza con cui il
47
Fieldbus & Networks
segnale viene rilevato a destinazione, sia sufficiente per una corretta modo affidabile. Questa tecnica inoltre fornisce anche un potenziale
detezione. Avendo a che fare con sistemi di comunicazione basati su incremento della sicurezza, poiché rende le trasmissioni di difficile
modulazioni digitali, il loro comportamento è di tipo on/off. Si pensi individuazione; a eventuali ascoltatori ‘malintenzionati’, la trasmisad esempio a cosa accade guardando una trasmissione televisiva, sione in aria appare come un rumore diffuso su tutto lo spettro, ed è
oggi trasmessa in Italia grazie allo standard digitale DVB-T. È noto quindi difficilmente analizzabile. Per quanto riguarda invece la modua tutti che fintantoché il segnale è sufficientemente buono la visione lazione Dsss (Direct Sequence Spread Spectrum), il tradizione segnale
è perfetta mentre se la sua qualità degrada oltre una
a banda stretta generato dalla sorgente dell’informacerta soglia la visione è sostanzialmente impossibile;
zione viene moltiplicato con una sequenza simile a un
l’effetto neve tipico delle comunicazioni analogiche
rumore (ovvero di natura pseudo-casuale) avente un
del passato è ormai scomparso. Diventa pertanto fonelevato contenuto frequenziale; il segnale risultante
damentale studiare accuratamente il posizionamento
viene pertanto a occupare una banda decisamente
dei nodi, affiancando questa fase con un’indagine sul
più ampia di quella originale. Ciò introduce una forma
campo volta a evidenziare gli effettivi ostacoli predi ridondanza nella trasmissione, permettendo a un
senti. Bisogna anche ricordare che un componente
ricevitore di recuperare i dati originali, anche se parte
spesso trascurato come la stessa antenna può fortedi essi sono stati danneggiati durante la trasmissione.
mente modificare le prestazioni ottenibili. Al di là della
Laddove poi un singolo nodo può non essere suffisua capacità di sopportare le condizioni ambientali
ciente a coprire l’area di interesse, può essere di aiuto
estreme spesso presenti in un sito industriale, la sua
la topologia di rete. Sono tutti concordi nel ritenere
Paolo Laganà
collocazione, direzionalità e quindi guadagno devono
in netta crescita l’interesse e la domanda di reti full
essere presi in considerazione per ottenere un risultato ottimale. Un mesh, in cui tutti i componenti hardware sono interconnessi fra loro
alto guadagno facilità l’interconnessione di nodi lontani, mentre un e possono operare come ricevitori, trasmettitori o ripetitori. In questo
basso guadagno può essere utilizzato per circoscrivere (ad esempio caso, quanto più alta è la densità dei nodi installati tanto maggiore
per motivi di sicurezza) l’area coperta. Un altro parametro che deve è l’affidabilità della soluzione implementata. La stessa rete wireless
essere valutato è la sensibilità del ricevitore, che spesso non viene può assumere il ruolo di infrastruttura di comunicazione veicolando
correttamente considerato. È evidente che una radio più sensibile di dati disparati, come ad esempio avviene non solo nel caso del moniun’altra può ricevere segnali più deboli o, altrimenti detto, consente toraggio e della telemetria degli impianti industriali, ma anche per la
una maggiore copertura area a parità di potenza di tragestione da remoto delle reti di distribuzione dell’esmissione oltre a tollerare la presenza di un numero di
nergia (acqua, luce e gas), dei servizi urbani (gestione
ostacoli maggiore. Va detto che la sensibilità di riceintelligente delle reti di illuminazione stradale, della
zione è normalmente espressa dai costruttori in una
raccolta dei rifiuti solidi, del trasporto pubblico ecc.) e,
scala logaritmica (esponenziale) per mezzo dei decibel
più in generale, per lo sviluppo di qualsiasi progetto di
(dB). In particolare, un rapporto 10:1 è pari a 10 dB e un
smartgrid o smart city.
rapporto 2:1 è pari a 3 dB. Rapporti inferiori a 1:1 sono
La sicurezza
espressi invece come numeri negativi. Ad esempio, un
Un altro tema di interesse è poi quello della sicurezza;
rapporto di 1:2 è pari a -3 dB. Poiché la sensibilità in
in italiano si usa questo termine per indicare due
ricezione indica quanto debole possa essere il segnale
requisiti e aspetti molto differenti tra di loro, come
radio affinché sia ricevuto correttamente, quanto più
chiarito dai corrispondenti termini inglesi ‘security’
piccola essa è, meglio è. Per esempio, una sensibilità
Vittorio Agostinelli
(sicurezza o protezione dei dati e della rete) e ‘safety’
di ricezione di -110 dBm è meglio di una sensibilità di
ricezione di -107 dBm di 3 dB, o un fattore due. In altre parole, a un (sicurezza funzionale). Per quanto riguarda il primo aspetto, l’uso di un
tasso di potenza di trasmissione specificato, un ricevitore con una mezzo fisico non confinato come l’etere pone dei problemi di intercetsensibilità -110 dBm può ricevere segnali che hanno un’intensità di- tazione e ritrasmissione da parte di potenziali ‘disturbatori’; va però
mezzata (ad esempio perché provenienti da una sorgente più lontana) detto che le stesse tecnologie, basate sulla cifratura a chiave simmerispetto a un ricevitore che offre una sensibilità di ricezione pari a trica e/o asimmetrica, che rendono sicure le comunicazioni cablate,
-107 dBm. Inoltre, lo stesso sistema di modulazione può in qualche possono essere e sono usate efficacemente anche in questo caso
modo mettere ‘una pezza’ in caso di disturbi, sfruttando una qualche rendendo i sistemi quasi inviolabili, se opportunamente configurati
forma di ridondanza nella trasmissione. A farla da padroni in ambito (impostando ad esempio un cambio periodico delle chiavi crittografiindustriale e non solo, sono oggi due tecniche, denominate rispetti- che). Passando invece al secondo ambito, è possibile assicurare il funvamente Fhss e Dsss. Invece di trasmettere su un canale fisso e im- zionamento in sicurezza di un impianto anche se ci si affida a sistemi
mutabile, le radio che implementano la modulazione Fhss (Frequency di comunicazione wireless, a patto di appoggiarsi a opportuni profili
Hopping Spread Spectrum) variano con continuità la frequenza della software. Lo scopo di questi profili è di implementare quei controlli
portante, saltando rapidamente attraverso più canali durante l’invio necessari alla verifica della presenza o meno di un dispositivo e alla
dei dati. Le eventuali interferenze sono pertanto evitate allontanan- determinazione della correttezza e integrità dei messaggi scambiati.
dosi da esse. Uno schema di salto frequenziale casuale, combinato Alla base vi è il concetto di scatola nera (o black-box all’inglese), in
con tecniche di rilevamento degli errori e a meccanismi di ripetizione base al quale non è determinante tanto il mezzo di comunicazione
automatica, assicurano pertanto che la consegna dei dati avvenga in ma è importante poter stabilire in maniera pressoché certa l’integrità
48
dei dati o quantomeno poter riconoscere tutte le eventuali anomalie.
Quello che forse rimane il vero tallone d’Achille dei sistemi di comunicazione wireless è invece l’esigenza di un sistema di alimentazione
autonomo che, usando le parole di Laganà, vede “la batteria come
un male quasi inevitabile”. Va detto che, un compromesso esiste tra
le prestazioni temporali richieste al sistema di comunicazione (in termini essenzialmente di latenza e throughput) e l’impiego di strategie a
basso consumo basate su un bassissimo duty-cycle, spesso tollerato
in applicazioni di monitoraggio. Un tale approccio può tranquillamente
estendere la vita di un nodo a diversi anni, se latenze nell’ordine delle
decine di secondi sono tollerate.
In conclusione
Volendo pertanto riassumere i possibili ambiti di applicazioni che già
oggi vedono le soluzioni di comunicazione wireless una valida alternativa, potremmo ricordare:
Wireless I/O, che permette di aggiungere alla capacità di monitoraggio di punti dell’impianto non facilmente (o convenientemente)
raggiungibili con tradizionali soluzioni cablate, anche una diagnostica
sofisticata, consentendo l’ottimizzazione dell’impianto stesso. Va
detto, che le soluzioni wireless non si propongono di sostituire in toto
le comunicazioni cablate, ma semplicemente di affiancarle laddove
vantaggioso. Sicurezza, ovvero monitoraggio di ambienti pericolosi e
di impianti collocati vicino ai centri abitati al fine di gestire il personale e gli allarmi ambientali, consentendo una maggiore sicurezza e
conformità alle normative; inoltre, un sistema di risposta alle emergenze completamente automatizzato permette di limitare l’esposi-
zione umana in caso di incidente o di rilascio catastrofico. Inoltre, con
la tecnologia wireless si possono rilevare intrusioni, controllare accessi, principi di incendio, o effettuare video sorveglianza all’interno
della struttura. Mobilità degli operatori, che grazie a una connessione
continua possono accedere ai dati di processo e/o alla gestione delle
operazioni ovunque e comunque, con benefici impatti sulla produttività. Gestione degli asset, che permette oltre a un migliore utilizzo e
gestione dei beni stessi, un più facile adempimento alle norme per
l’uso, lo stoccaggio e il trasporto di sostanze pericolose.
Come spesso si suole dire, l’informazione è potere e i sistemi di comunicazione wireless possono accrescere la conoscenza che operatori e
gestori hanno dell’impianto. La capacità di raccogliere e gestire informazioni time-critical è la chiave che consente di adattarsi in maniera
dinamica ai cambiamenti, aumentando di conseguenza affidabilità e
redditività di un impianto. Come detto, non esiste un’unica tecnologia
wireless in grado di rispondere in maniera esaustiva a tutti i potenziali
requisiti, ma diviene fondamentale poterne integrare diverse tra di
loro e con l’infrastruttura esistente. Pertanto la vera sfida per il futuro
sarà data dalla capacità di garantire un equo sfruttamento delle limitate e preziose tecnologie di comunicazione, permettendo a diverse
applicazioni di condividere lo spettro radio in base a criteri di criticità
e priorità. In altre parole, a dominare un così vasto panorama di soluzioni saranno le sole tecnologie in grado di soddisfare le esigenze
di coesistenza.
* Comitato tecnico Fieldbus&Networks e Università degli Studi di Brescia, Facoltà
di Ingegneria, Dipartimento di Ing. dell’Informazione
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49
Fieldbus & Networks
di Thomas Carlsson
L
e moderne reti Ethernet industriali si
spingono molto oltre la funzionalità
Ethernet standard. Migliori prestazioni
di rete e funzionalità costantemente
aggiunta portano a una domanda più
elevata nei confronti dei macchinari che vogliono comunicare su queste reti. In Svezia,
HMS Industrial Networks sviluppa soluzioni di
comunicazione che permettono ai dispositivi di
NETWORKING
INDUSTRIALE
DI PROSSIMA
GENERAZIONE
(
)
Sul
campo
TECNOLOGIE CHE CONSENTONO DI COMUNICARE
IN MODO PIÙ VELOCE, SICURO ED EFFICIENTE
ATTRAVERSO RETI DIFFERENTI. È QUESTO LO
SCENARIO CHE JÖRGEN PALMHAGER E LEIF
MALMBERG DI HMS INDUSTRIAL NETWORKS
DESCRIVONO PER LA COMUNICAZIONE INDUSTRIALE
DEL PROSSIMO FUTURO
Anybus NP40 di HMS è un processore di rete a chip singolo che include un core ARM ad alte prestazioni e un tessuto Fpga
automazione industriale di comunicare attraverso reti differenti.
Sta insomma iniziando a prendere forma una nuova generazione
di tecnologia di comunicazione, pronta a raccogliere le sfide delle
moderne reti e applicazioni Ethernet industriali. Al centro vi è un
tipo di processore di rete completamente nuovo.
“Per poter capire la nuova tecnologia, dobbiamo prima dare un’occhiata allo specchietto retrovisore” afferma Jörgen Palmhager,
chief operating officer presso HMS. “Quando le reti Ethernet industriali sono state introdotte nei primi anni 2000, i produttori di
dispositivi e i costruttori di macchine si sono trovati di fronte a
una nuova sfida: mantenere i loro dispositivi compatibili con le reti
fieldbus esistenti, oltre che con le nuove reti Ethernet industriali.
In HMS, abbiamo capito che era necessario un processore di rete
specializzato che avesse le corrette funzionalità, costo, dimensioni
e prestazioni”.
Il risultato è stato l’Anybus NP30, un processore di rete a chip
singolo che includeva un processore, un controllore e API su uno
spazio molto limitato (10x10 mm). Esso includeva inoltre una memoria Flash, che gli permetteva di salvare dati sul chip stesso.
50
Nuove reti, nuove esigenze
“Ciò che abbiamo visto negli ultimissimi anni, tuttavia, è che l’Ethernet industriale sta richiedendo maggiori prestazioni e una nuova
architettura” afferma Jörgen Palmhager. “Le nuove reti Ethernet
industriali stanno diventando sempre più specializzate, richiedendo
molto al processore di rete che deve gestire la ‘traduzione’ fra reti
e protocolli differenti. In breve, si può affermare che dobbiamo
trasferire più dati rimanendo nello stesso tempo più flessibili nei
confronti delle caratteristiche delle diverse reti”. Per rispondere a
questa domanda, HMS presenta ora l’Anybus NP40, un processore
di rete a chip singolo che include un core ARM ad alte prestazioni
e un tessuto Fpga (Field-Programmable Gate Array). Il dispositivo è
basato su Flash e l’architettura è stata progettata per combinare
prestazioni e flessibilità su un singolo chip.
Il tessuto Fpga è utilizzato per implementare le varie interfacce
Ethernet realtime, mentre il core ARM è utilizzato per eseguire gli
stack di protocollo e applicazione. Poiché l’NP40 è basato su Flash,
il dispositivo può essere riprogrammato per più reti Ethernet industriali differenti. Ciò significa che una sola piattaforma hardware
può supportare più reti differenti semplicemente scaricando nuovo
firmware. “Questa nuova tecnologia semplifica la vita dei produttori
di dispositivi, perché possono installare un modulo di comunicazione in un prodotto e quindi scaricare esattamente il software di
cui hanno bisogno per la connessione alle diverse reti” dice Palmhager. “Crediamo che questa nuova tecnologia, con una combinazione
di un processore più veloce e un’area Fpga, offrirà una piattaforma
a prova di futuro” prosegue Palmhager. “Essa darà il meglio di entrambi i mondi agli utenti, che potranno ottenere la velocità e la
precisione di cui hanno bisogno per applicazioni impegnative, e la
flessibilità per adattarsi a reti differenti semplicemente scaricando
un nuovo firmware”.
Tre formati
Leif Malmberg, product line manager per le soluzioni embedded
presso HMS, vede da tempo una tendenza nel settore dell’automazione verso soluzioni complete, ma in formati differenti. “Quando si
parla di funzionalità, supporto, consulenza e manutenzione i nostri
clienti vogliono soluzioni complete. Tuttavia, essi chiedono
formati differenti per le loro
soluzioni di connettività, in
funzione di quanto desiderano
che queste soluzioni siano integrate. Vediamo tuttora che
la maggior parte degli utenti
richiede un modulo completo
che possa essere semplicemente inserito nelle loro macchine per ottenere connettività
di rete, ma vi sono utenti che
desiderano una scheda di rete
semicompleta che possano
montare sulla loro motherboard ed equipaggiare con i
Leif Malmberg, product line
loro connettori di rete. Vi sono manager per le soluzioni
anche coloro che vogliono sol- embedded presso HMS
tanto il processore di rete e che
costruiscono attorno a esso la propria soluzione”.
È per questo che HMS ora confeziona la sua offerta CompactCom
embedded in tre formati differenti: un chip, un brick e un modulo,
permettendo agli utenti di scegliere quanto desiderino che la loro
soluzione di comunicazione sia integrata.
Ciò può variare dall’implementazione di un chip di comunicazione e
la progettazione del resto dell’hardware per proprio conto, al montaggio di un brick e il fissaggio dei propri connettori, all’inserimento
di un modulo di comunicazione già pronto. “In un certo senso, queste opzioni erano già disponibili con l’NP30” continua Malmberg,
“ma con il nuovo concetto embedded ora possiamo fare un altro
passo avanti, ampliando la nostra offerta con una nuova piattaforma tecnologica in diversi formati”.
Sicurezza, energia e altri trend
Maggiori prestazioni e flessibilità possono essere i trend più forti
che guidano la nuova tecnologia, ma nell’industria esistono anche
altri trend influenti. La sicurezza integrata è uno di questi, perché
un numero crescente di impianti industriali è alla ricerca di modi
per integrare reti di sicurezza nelle loro normali reti di fabbrica. È
anche per questo che HMS sta sviluppando un nuovo modulo safety per consentire la comunicazione fra un dispositivo industriale
e una rete di sicurezza. Un’altra tendenza importante è quella del
risparmio energetico, man mano che le aziende cercano di diventare
più verdi, risparmiare denaro e conformarsi alla legislazione sempre più severa su consumi energetici ed emissioni. “Vediamo molto
chiaramente questo trend” dice Jörgen Palmhager. “Sia attraverso
profili energetici emergenti come ProfiEnergy, ma anche come una
tendenza generale nella società.
Vediamo spesso impianti industriali in cui le diverse macchine hanno
un tasso di utilizzo minore del 40%. Poiché le macchine in molti casi
consumano quasi la stessa quantità di energia sia in standby sia durante il funzionamento, si può risparmiare molto spegnendo automaticamente i macchinari quando non sono utilizzati. Un altro esempio
evidente sono le conseguenze del recente terremoto e dello tsunami
in Giappone.
Poiché vi è stata una carenza di potenza dopo il malfunzionamento
dei reattori di Fukushima, le aziende stanno realmente cercando di risparmiare energia in tutti i modi possibili e i dispositivi industriali con
basso consumo di potenza incontrano tuttora una forte richiesta”. Le
nuove reti Ethernet offrono maggiore funzionalità e un accesso più
semplice alle applicazioni industriali. Ciò rende sempre più importante considerare aspetti di
sicurezza come la prevenzione
degli accessi non autorizzati,
sia per l’intero impianto sia per
i singoli dispositivi. “Per noi è
di fondamentale importanza
fornire soluzioni sicure, e sempre più clienti lo richiedono”
afferma Palmhager. “Un altro
requisito in arrivo per Ethernet
è fornire prodotti che supportano il nuovo Internet Protocol
versione 6 (IPv6). Abbiamo già
delle soluzioni che utilizzano
questo protocollo, e questo
Jörgen Palmhager, chief
sarà assolutamente un must
operating officer di HMS
per il futuro”.
Il futuro è già qui
Anche se la nuova generazione di soluzioni di comunicazione non
raggiungerà il mercato sotto forma di moduli standard fino al
2013/2014, vi sono già clienti pilota che stanno utilizzando in anteprima la tecnologia.
“Stiamo attualmente implementando la nostra nuova tecnologia basata sull’NP40 presso clienti pilota e la stiamo sviluppando in partnership per arrivare realmente vicino alle applicazioni di fabbrica”
continua Jörgen Palmhager. Leif Malmberg aggiunge: “Vediamo
un grande interesse per questa nuova tecnologia, specialmente
da parte di aziende nell’ambito degli azionamenti e del motion. Le
aziende Aida e i loro fornitori saranno molto probabilmente i primi
ad adottare questa nuova tecnologia”.
HMS vede tuttora una domanda di soluzioni di comunicazione complete, dove i produttori di dispositivi vogliono consulenza e supporto
durante l’implementazione, piuttosto che costruire una soluzione
da soli. “Sì, questa richiesta è rimasta più o meno intatta nel corso
degli anni. I costruttori di macchine e i produttori di dispositivi vedono un grosso vantaggio nell’essere in grado di concentrarsi sulla
costruzione dei loro dispositivi e lasciare a un partner la comunicazione su rete” conclude Malmberg.
HMS Industrial Networks
51
Fieldbus & Networks
di Marco Fiorentino
A
cquaworld di Concorezzo, alle porte
di Milano, è il primo parco acquatico indoor italiano: una struttura
ludico-ricettiva totalmente coperta
e fruibile per 365 giorni l’anno. Inaugurata nel 2011, la struttura comprende 4 aree
tematiche. Adventure World dedicato agli scivoli
di ultima generazione, 1.100 metri di adrenalina
pura suddivisi in 9 scivoli. Funworld, la più grande
piscina al coperto d’Italia, che ogni mezz’ora pro-
RILASSARSI CON
L’AUTOMAZIONE
TECNOLOGIA MODBUS, TCP/IP E INTEGRAZIONE LON
PER IL PARCO ACQUATICO INDOOR, ACQUAWORLD,
DI CONCOREZZO
gramma onde artificiali e comprende
una vasca esterna
riscaldata è aperta
tutto l’anno. Summerworld è l’area
estiva di 7.000
metri quadrati che
comprende una
grande laguna.
Infine, Relaxworld
dedicata a soli
adulti con lettini
effervescenti, idromassaggi, grotta
della pioggia,
sauna e bagno
turco,
vasca
esterna salina riscaldata. Completano la struttura
Mini-world, dedicata ai più piccoli,
Acquaworld di Concorezzo è una
con giochi d’acstruttura ludico-ricettiva totalmente
coperta e fruibile per 365 giorni l’anno
qua, vasche e miniclub dedicato, e
Ristoworld, la zona dedicata alla ristorazione. Acquaworld può ospitare
anche meeting ed eventi, grazie a un grande spazio modulabile in 3 sale
di differenti dimensioni con una capacità fino a 260 persone sedute.
Automazione spinta
Acquaworld è un parco acquatico ad alta tecnologia, quindi la parte
preponderante dell’impiantistica è costituita dal sistema termomeccanico e di gestione. Esso è importante non solo per la generazione
delle onde artificiali e di tutto ciò che contribuisce al divertimento, ma
anche per la gestione in atmosfera corrosiva (per la presenza di cloro)
dei cambi e ricambi d’aria, della temperatura e del tasso di umidità
nell’aria. L’impiantistica meccanica è gestita elettricamente. A tale
52
scopo, BTicino ha fornito la sezione di potenza elettrica costituita da
media tensione, trasformatori MT/bt, condotti sbarre, quadri di bassa
tensione e sistema di supervisione della potenza elettrica, che è stato
poi interfacciato al sistema globale di gestione del parco.
La peculiarità dell’impianto è l’automazione fortemente spinta, perché
all’interno non è presente un servizio di manutenzione specializzata.
Il sistema deve quindi reagire in modo automatico a tutte le possibili
anomalie come mancanze rete, allarmi, ritorno rete Enel, fuoriuscita di
servizio di un trasformatore e ingresso di un altro ecc. Tutto il sistema
elettrico è gestito da una logica basata su un PLC, di terze parti, che
acquisisce 38 variabili in ingresso e comanda 21 variabili in uscita secondo una logica automatica di massima continuità di servizio. È stato
quindi progettato un software che considera tutte le possibili casistiche di anomalia, compresa la manutenzione e che è in grado di reagire
automaticamente al variare della situazione elettrica permettendo al
parco acquatico di ‘lavorare’ con continuità.
La rete
Una particolarità dell’impianto è rappresentata dalla rete Modbus che,
con i dispositivi Ticontrol BTicino, è in grado di riportare tutti gli stati
sia della parte media tensione sia della parte bassa tensione al PLC.
Quest’ultimo può quindi gestire in automatico il flusso energetico in
funzione del carico richiesto, di per sé molto variabile. Il PLC comunica
quindi con tecnologia TCP/IP verso la piattaforma di gestione centrale
del parco. I gruppi frigo all’interno dell’acquaparco hanno una grande
potenza installata perché il clima deve essere mantenuto stabile
anche in estate con la cupola chiusa. Nel caso di eventi non standard
(temperature esterne superiori al normale o anomalie) è necessaria
quindi un’attenta monitorizzazione dei flussi energetici. Poiché la rete
di misura, che include 6 multimetri di terze parti tra cui uno in media
tensione, utilizza la tecnologia LON, BTicino ha fornito strumenti di
misura dotati di tale protocollo. Il protocollo LON viene quindi trasformato in TCP/IP tramite gateway, per l’interfacciamento con il sistema
di gestione centrale. In conclusione, sia la parte elettrica che quella
termomeccanica comunicano quindi in tecnologia TCP/IP con la piattaforma di gestione centrale di Acquaworld.
Bticino
Fieldbus & Networks
I
l controllo, la protezione e il monitoraggio della centrale si basano su una
piattaforma di controllo Beckhoff con PC
embedded, I/O Ethercat e software di
automazione TwinCAT, installata dalla
società argentina Icsa Automation. Icsa Automation, con sede a Luján de Cuyo, Mendoza,
Argentina, è specializzata nell’automazione di
centrali idroelettriche e centrali eoliche. Fondata nel 1982, ha già portato a termine oltre
400 progetti in 24 Paesi. Nel 2010, ha automatizzato la centrale di La Ínsula, alimentata dai
fi umi Chinchiná e Campoalegre, che consiste di
tre unità turbina Francis. Per questo impianto,
Icsa ha sviluppato un sistema integrato di controllo, protezione e misura basato su tecnologia Beckhoff.
CONTROLLO
EFFICIENTE
DELLE CENTRALI
IDROELETTRICHE
LA CENTRALE IDROELETTRICA DI LA ÍNSULA, PROVINCIA
COLOMBIANA DI CALDAS, HA UNA POTENZA EFFICACE
DI 33 MW
vono tutti i dati necessari per
la gestione della centrale,
come allarmi, dati di stato,
eventi, misure ecc.
PC embedded svolgono
compiti complessi
I sistemi di controllo Icsa per progetti idroeletPrecisa
trici contengono vari sottosistemi, come regosincronizzazione
latori di tensione per i generatori, controllori
del tempo
delle valvole di ammissione delle acque alle
Uno dei compiti più importurbine, monitor di velocità delle turbine, misutanti nelle centrali idroeletratori di qualità della rete, controllori dei freni,
triche è la registrazione dei
un sistema di raffreddamento, un sistema di
cambiamenti di stato e della
lubrifi cazione, un interruttore principale di rete
sequenza di eventi. Questa
e apparecchiature di sincronizzazione. I vari
funzione permette agli inrelè di protezione rappresentano un sottosi- CX1020 per il controllo del generatore e funzioni ausiliarie
gressi digitali di fornire un
stema molto importante: comunicano tramite
protocollo IEC 60870-5-104 con il PC embedded CX1020. Diversi i loro timestamp agli eventi con una risoluzione del millisecondo, di buffecompiti principali: la gestione e il coordinamento dei diversi sottosi- rizzarli localmente e, infi ne, di trasmetterli senza perdite a un livello
stemi generatori durante le procedure automatiche di avviamento e ar- di monitoraggio superiore. La sincronizzazione del tempo è ottenuta
resto, la sincronizzazione dell’unità, la regolazione dei valori impostati utilizzando il Precision Time Protocol Ieee 1588. Il terminale Ethercat
per la potenza e tensione effi caci, il monitoraggio della temperatura, EL6688, come interfaccia di sincronizzazione esterna Ieee1588, e un
il monitoraggio di eventi con una risoluzione del millisecondo, il con- clock GPS master nella sala di controllo della centrale.
trollo del riduttore, la misura delle variabili elettriche, il monitoraggio
dei sistemi generatori elettrici e meccanici ausiliari, il controllo del Programmazione universale dei controlli
sistema di raffreddamento e il monitoraggio del sistema delle acque di Per i generatori e le funzioni ausiliarie sono stati usati quattro PC
scarico della centrale. I controllori scambiano dati attraverso Ethernet embedded CX1020 Beckhoff, mentre il sistema di raffreddamento, la
e, in caso di emergenza, è disponibile un cablaggio diretto ridondante. cabina pompe e la pompa di aspirazione sono controllati ciascuno da
L’impianto è controllato e monitorizzato tramite una stazione operatore un CX9010. I PC embedded ricevono i segnali dal campo attraverso i
locale con software Scada e include la visualizzazione grafi ca delle tur- terminali d’ingresso e uscita digitali collegati. La programmazione è
bine, dei generatori, del riduttore, dei sistemi ausiliari ecc. Il software stata eseguita con il software di automazione TwinCAT PLC. La libreria
Modbus RTU del TwinCAT PLC è stata usata per la connessione dei
Scada elabora anche gli allarmi, la visualizzazione delle sequenze di
eventi, la visualizzazione di tendenze grafi che, la produzione di rap- controllori con i misuratori di qualità della rete e l’interfaccia operatore.
porti, la memorizzazione dei dati storici, l’assistenza all’operatore delle La comunicazione fra i controllori, il sistema Scada locale e il centro di
monitoraggio remoto avviene attraverso il protocollo di telecontrollo
macchine ecc. I vari sottosistemi comunicano attraverso il protocollo di
IEC 60870-5-104, che è integrato nella libreria del TwinCAT PLC.
telecontrollo IEC 60870-5-104, supportato dal software di automazione
TwinCAT PLC. L’architettura di controllo Beckhoff permette il monitoBeckhoff Automation
raggio e il controllo remoto da due diversi centri di controllo, che riceFEBBRAIO 2013 FIELDBUS & NETWORKS
53
Fieldbus & Networks
(
)
Sul campo
L’
aeroporto di Madrid-Barajas è
gestito da Aena Aeropuertos. Si
tratta di un aeroporto che combina, nei suoi 4 terminal, storia e
modernità, e che occupa il quarto
posto nella classifica degli aeroporti europei
con maggiore affluenza di passeggeri. È un importante hub di collegamento con una capacità
annuale di accoglienza di 70 milioni di persone
e ha registrato nel 2010 un’affluenza pari a 49,9
milioni di viaggiatori. Offre servizi a più di 90
compagnie aeree e copre 190 destinazioni in
tutto il mondo.
Il Terminal T-1 è dedicato esclusivamente al
traffico aereo internazionale, il T-2 è invece
destinato al trasporto di passeggeri nazionali
UN AEROPORTO
ALL’AVANGUARDIA
IL CONTROLLO CENTRALIZZATO DEI SISTEMI
DEGLI EDIFICI DELL’AEROPORTO MADRID-BARAJAS
(SPAGNA) È REALIZZATO GRAZIE ALLE SOLUZIONI DI
HONEYWELL BUILDING SOLUTIONS
di Luis Ignacio Martínez
e dei Paesi che aderiscono alla convenzione di Schengen. La fortunata collaborazione tra Honeywell e l’aeroporto è iniziata quasi 31
anni fa, nel 1980, quando sono cominciati i lavori di ristrutturazione
proprio di questo Terminal, in vista del Campionato Mondiale di
calcio del 1982. Il Terminal T-3 (Terminal Nord) unisce Madrid a
Barcellona attraverso il ponte aereo. Infine, il Terminal T-4 per voli
internazionali e il relativo edificio Satellite T4s per voli transoceanici sono gli edifici più moderni di tutto il complesso e hanno anche
ricevuto diversi premi internazionali. Nel febbraio del 2006, dopo
un ampliamento delle strutture esistenti di oltre 750.000 m2, per
una capacità aggiuntiva di 35 milioni di passeggeri all’anno, e la
realizzazione di due nuove piste che permettono di gestire 120 voli
all’ora, l’aeroporto MadridBarajas si è confermato un
hub mondiale.
La sfida per
l’aeroporto
Veduta dell’aeroporto Madrid-Barajas
Aena Aeropuertos si trovava
di fronte all’esigenza di migliorare le proprie strutture,
il comfort dei passeggeri e
la produttività e al tempo
stesso di ridurre i costi sul
lungo termine. Cercava
quindi una soluzione sostenibile nel tempo, non solo
di miglioramento puntuale
delle strutture. Inoltre, non
poteva ignorare le regole imposte dalla legislazione in vigore,
soprattutto in materia ambientale, che di fatto divennero uno dei
principali motivi delle successive ristrutturazioni dell’aeroporto. I
dirigenti volevano una soluzione centralizzata per tutte le strutture
aeroportuali, con grafici specifici e informazioni in tempo reale, per
risolvere qualsiasi eventuale problema che potesse presentarsi nel
corso dell’attività quotidiana dell’hub. Per questo dovevano disporre
di sufficiente personale di manutenzione, con ampia esperienza in
questo tipo di operazioni. In Honeywell hanno trovato un fornitore
capace di dare risposta alle loro esigenze, che ha implementato un
54
sistema di controllo centralizzato degli edifici esteso e affidabile,
integrato con il Centro di Gestione Aeroportuale (CGA) dell’aeroporto; inoltre, l’azienda ha personale esperto e pronto a supportare
il cliente nel corso degli anni.
La soluzione adottata
La soluzione di Honeywell, basata su installazioni simili in altri aeroporti, concentra in un’unica piattaforma di controllo fino a 7 delle
strutture più rappresentative e critiche gestite nel CGA. È una progettazione che offre ai dirigenti dell’aeroporto una visione precisa
e completa del funzionamento dei sistemi, con accesso in tempo
reale a oltre 200 mila punti di controllo e allo storico allarmi, in
un ambiente comodo e intuitivo, che aiuta a migliorare efficienza
e produttività. In particolare, il sistema si serve della rete LON per
la comunicazione, di un sistema EBI su Scada integrato nel CGA
dell’aeroporto e di 6 server ridondanti per la supervisione di 7 apparati: climatizzazione, Video Docking Guidance System, elettricità,
rilevamento incendi, meccanica-ascensori, illuminazione, gestione
consumo energetico utenti.
I sistemi controllati
L’impianto di climatizzazione dell’aeroporto è composto da oltre 100
mila punti di controllo, tra dispositivi di campo di ogni tipo (sensori
di temperatura, attuatori, valvole ecc.), controllori e tabelle degli
orari e vari pseudo-punti. I segnali vengono raccolti nel sistema EBI
di Honeywell e distribuiti tra alcuni dei 6 server installati nel CGA.
Il Video Docking Guidance System è composto da videocamere digitali che seguono il movimento degli aeromobili mentre attraccano
ai gate. Il sistema rileva automaticamente il profilo dell’aeromobile
e avvisa il comandante, affinché questo possa regolare i parametri
necessari per il docking. Si tratta di uno degli impianti di guida visiva più grandi al mondo, con 103 unità installate nel Terminal T-4,
che consentono l’attracco comodo e sicuro degli aeromobili.
L’impianto di rilevamento incendi è composto da più di 50 mila punti
di controllo, tra dispositivi di rilevamento di ogni tipo, sirene, pulsanti, moduli di controllo e monitoraggio e altri dispositivi, collegati
a 42 unità di controllo antincendio XLS1000, 12 XLS80e e 12 FS90.
Per quanto concerne l’elettricità e l’illuminazione, a parte i quadri di
controllo di climatizzazione, i controllori Honeywell servono circa 35
mila punti di elettricità e illuminazione, distribuiti in diversi quadri
di bassa tensione, in tutto l’aeroporto.
L’apparato di gestione consumo energetico utenti, infine, prende in
Grazie al sistema messo a punto con Honeywell il personale può
supervisionare tutto l’aeroporto da un unico sistema di gestione
centralizzato
considerazione i consumi energetici di ogni utente dell’aeroporto
(negozi, ristoranti ecc.), misurandoli mediante contatori di energia
e gestendoli in modo centralizzato dal CGA, per poi poter emettere
le fatture corrispondenti e realizzare studi e analisi dei consumi per
future ristrutturazioni degli impianti, in caso fosse necessario.
Benefici riscontrati
Aena Aeropuertos gestisce in questo modo un aeroporto più sicuro, comodo, efficiente a livello energetico e produttivo. “Il nostro cliente si aspetta il meglio dai suoi sistemi di controllo, sia dal
punto di vista del prodotto, sia da quello della qualità del servizio
di manutenzione” ha chiarito Alex Navratil, supervisore locale di
Honeywell. “Honeywell ha soddisfatto tutte le sue aspettative e
per questo, da più di 30 anni, è partner dell’aeroporto, nonostante
le crisi e i cambiamenti strutturali verificatisi nel tempo”.
I punti chiave del progetto sono costituiti da: il sistema di controllo
integrato; la possibilità di misurare i progressi nel funzionamento
degli impianti; il sistema di gestione centralizzato; un’esecuzione
competente e responsabile della manutenzione; la possibilità di
reperire rapporti in tempo reale e cronologie; il miglioramento di
comfort e sicurezza; l’adempimento della normativa; la possibilità
di gestire investimenti a lungo termine.
Aena Aeropuertos e Honeywell collaborano a Madrid-Barajas dal
1980. Nel corso degli anni Honeywell ha introdotto numerosi miglioramenti nelle strutture, prestando particolare attenzione alle
necessità dell’aeroporto, a testimonianza della fiducia che il cliente
ha sempre riposto nella società. Oggi, Honeywell continua a portare
la propria esperienza, con nuove iniziative e soluzioni innovative.
Il CGA (Centro di Gestione Aeroportuale) con parte del personale di
manutenzione di Honeywell
Honeywell Building Solutions
55
Fieldbus & Networks
Building
blocks
di Paolo Ferrari*, Alessandra Flammini*,
Emiliano Sisinni*, Francesco Venturini
LA DIAGNOSTICA
NON FA PIÙ PAURA
INVESTENDO SIN DAL MOMENTO DELLA
PROGETTAZIONE SULLA CONOSCENZA E
SULL’UTILIZZO AD ALTO LIVELLO DELLE
INFORMAZIONI DI DIAGNOSTICA, I VANTAGGI
POSSONO ESSERE NOTEVOLI
D
a anni ci si sente ripetere che
la diagnostica è l’arma vincente
dei bus di campo, così potente
e utile e indispensabile da meritarsi centinaia di articoli e anche
qualche libro. E poi? E poi c’è la realtà. Nella
nostra esperienza sul campo come Centro di
Competenza Profibus e Profinet abbiamo visto
tantissime situazioni reali, dagli impianti più
tecnologicamente avanzati, ai siti produttivi
meno automatizzati, ma quasi tutti con una caratteristica comune: diagnostica poca, incompleta e spesso ‘criptica’. La colpa è di solito
da imputare a una serie di concause, come ad
esempio (in ordine d’importanza): mancanza
di procedure efficaci di gestione delle informazioni diagnostiche provenienti dai sensori/
attuatori a livello di sala controllo; disomogeneità dei significati
della diagnostica proveniente da apparecchiature diverse; mancanza di informazioni diagnostiche relative all’infrastruttura del
bus di campo (dove di solito si concentra il 90% dei problemi); e
infine, informazioni diagnostiche semplicemente ignorate a partire
dai livelli più bassi. Molte di queste situazioni sono dovute a mancanza di investimenti adeguati al momento della progettazione. In
questo breve articolo, vorremmo mostrare come le condizioni al
contorno siano oggi cambiate e come si può agire per migliorare
la situazione attuale.
Diagnostica: i motivi
Un’unica richiesta accomuna gli impianti di processo e di manufacturing: massima disponibilità dell’impianto per la produzione. Questo significa ridurre al minimo le condizioni di errore, specialmente
oggi dove la strumentazione di Safety è strettamente collegata al
mondo dei bus di campo. Garantire un accesso rapido alle cause del
guasto oppure un’efficiente attività di predizione dello stesso sono
due dei modi migliori per aumentare la disponibilità. Da evidenziare
anche il fatto che sistemi ridondati (che evitano le fermate dell’impianto in caso di guasti improvvisi) sono comunque pesantemente
connessi a una gestione opportuna della diagnostica: senza la possibilità di diagnosticare lo stato degli apparati in hot stand-by le politiche di ridondanza possono portare a clamorosi malfunzionamenti.
56
Inoltre, la possibilità di accedere
a informazioni
aggiuntive all’interno del sensore
non deve essere
limitata all’analisi di errori, ma
può essere efficacemente estesa
anche a quei
dati che permettono un corretto
asset management dell’intero
impianto. Il controllo diffuso
della salute e dello stato dei componenti dell’impianto permette
una corretta valorizzazione dell’attività produttiva con conseguente
ammortizzazione dei costi. Naturalmente oggi lo sforzo è inglobare
nell’attività di monitoraggio anche quelle parti di infrastruttura che
fino a poco tempo fa non erano direttamente valutabili, come per
esempio i cavi e la componentistica passiva/attiva.
Fonte: www.sxc.hu
(
)
Diagnostica: l’unificazione Namur NE107
Nell’automazione di processo avere delle informazioni di diagnostica coerenti provenienti dai dispositivi di campo rappresenta un
notevole risparmio potenziale per quello che riguarda le fasi di normale funzionamento, manutenzione e riparazione. Oltre ai valori di
processo, le apparecchiature da campo intelligenti possono fornire
preziose informazioni sullo stato del dispositivo e del processo, ad
esempio stato d’usura, necessità di materiali di consumo, numero
di ore di funzionamento e altri stati specifici del processo. Ma le
informazioni di diagnostica sono sempre utilizzabili? In genere le
caratteristiche e il numero di informazioni specifiche di diagnostica variano da dispositivo a dispositivo secondo il fornitore, il
tipo di sensore/misura e l’applicazione considerata. Inoltre, con
l’aumentare dell’intelligenza all’interno del dispositivo, si tende a
incrementare il numero di informazioni di diagnostica accessibili da
remoto. E infine, molto spesso alcune informazioni possono essere
importanti per l’operatore di processo, altre solo per il manuten-
tore, e in alcuni casi per entrambi: gli operatori devono controllare la disponibilità e la validità delle misure di processo, mentre
la manutenzione e il personale di servizio controllano il corretto
funzionamento dei dispositivi e, se necessario, individua il difetto
e sostituisce apparecchiature. Qual è il modo migliore per razionalizzare la diagnostica? Una buona regola è quella di unificare
in generale l’integrazione di segnali diagnostici, aggiungendo ciò
che si ritiene essere un vantaggio molto importante: fornire informazioni ordinate in modo selettivo in base al ruolo ricoperto dal
personale interessato.
Namur, l’associazione internazionale degli utenti finali dell’industria di processo, ha pubblicato la raccomandazione NE 107 (“SelfMonitoring and Diagnosis of Field Devices”) che richiede che
tutte le informazioni diagnostiche fornite dai dispositivi di campo
debbano poter essere classificate nelle quattro categorie di stato
unificate non proprietarie, al fine di fornire all’utente informazioni
già pre-ordinate e evitare un overflow di informazioni inutili o inutilizzabili. NE107 raccomanda inoltre che l’associazione di eventi di
diagnostica a ciascuno di questi quattro livelli di diagnosi possa es-
solito li usa dopo che il guasto si è verificato), ma ne esistono anche
versioni da lasciare stabilmente in impianto, collegate e attive 24
ore su 24. Errori e malfunzionamenti sono immediatamente e direttamente evidenziati in sala controllo e possono essere collegate
al DCS tramite per esempio OPC. Addirittura, un paio di produttori
(Procentec e Pepperl+Fuchs) propongono componenti di infrastruttura (repeater, coupler) dotati di funzioni di analisi avanzata in continua per i bus di campo Profibus e FF: in questo caso il monitoraggio
risiede nell’impianto stesso. E questo è solo l’inizio, infatti l’avvento
delle tecnologie real-time Ethernet ha portato anche nell’automazione gli strumenti di diagnostica utilizzati nei settori dell’ICT. Oggi
le infrastrutture Ethernet dell’industria incorporano molto spesso le
stesse tecnologie e gli stessi protocolli dei sistemi office per quello
che riguarda gestione e ricerca dei guasti. Bus di campo industriali
real-time Ethernet come ad esempio Profinet ed Ethernet/IP sono totalmente compatibili con Snmp, ossia permettono da un qualunque
punto della rete una ricerca capillare e completa delle informazioni
relative a guasti, disturbi e malfunzionamenti su qualunque porta
(e quindi cavo) della rete. Significa poter monitorare in continuo
Category
Meaning
Symbol
Function check
The output signal is temporarily invalid due to some type of ongoing
work on the device, e.g. for maintenance.
Manitenance Request
Although the output signal is still valid, a function will soon be
restricted due to operational conditions. Maintenance will be required
soon.
Out of Specification
The device is operating outside of its specification, e.g., the permissible
physical measurement range has been exceeded, and/or is operating
under process conditions which may lead to deviations from measured
values or setpoints.
Failure
The output signal is invalid due to malfunction in the device or its
peripherals.
Le quattro categorie di diagnostica Namur NE107
sere configurabile dall’utente in base alle particolari esigenze della
propria applicazione. La NE107 è ad oggi adottata e implementata
su dispositivi Profibus PA e Foundation Fieldbus H1, coprendo di
fatto il 100% delle esigenze dell’automazione di processo. Per
esempio, le apparecchiature Profibus PA dotate profilo PA 3.02
possiedono un meccanismo specifico che permette di rispettare
le specifiche NE 107: le informazioni dettagliate di diagnostica
vengono mappate sulle quattro categorie NE107 già nel dispositivo di campo da parte del fabbricante. Di conseguenza, vengono
solo trasmesse informazioni strutturate di diagnostica identiche e,
quando si sostituiscono dei dispositivi, non è necessario procedere
a adattamenti o modifiche.
Diagnostica: dettaglio fino al cavo
Chi progetta impianti con bus di campo oggi si trova a disposizione
componenti impensabili fino a pochi anni fa. Per i sistemi a bus di
campo più diffusi (Profibus, CAN, FF, Modbus) sono oggi presenti
sul mercato analizzatori diagnostici in grado non solo di decifrare il
traffico ma anche di analizzare il livello fisico, mettendo in evidenza
quelli che noi riteniamo essere le maggiori fonti di problemi: i cablaggi errati/deteriorati. Inoltre, da pochi anni questi strumenti diagnostici non sono più confinati alla valigia del manutentore (che di
lo stato di tutta la rete gestendo anche degli storici in modo, per
esempio, da evidenziare situazioni di ‘debolezza’ della rete causate
da avvenimenti correlati. Grazie all’intrinseca struttura attiva dei
componenti di rete Ethernet, la diagnostica viene resa pervasiva:
dove c’è uno switch (managed) ecco che abbiamo un potenziale monitor diagnostico senza costi aggiuntivi. Permetteteci di evidenziare
come l’uso di switch unmanaged (e quindi non dotati di protocollo
Snmp) all’interno d una rete Ethernet industriale sia assolutamente
sconsigliato e fortemente controproducente.
Ancora spaventati?
La verità è che non si ha paura delle cose semplici che si conoscono
bene. Oggi tutti i maggiori produttori di strumenti e componenti per
l’automazione forniscono pieno supporto alle più avanzate tecniche di diagnostica. Investendo sin dal momento della progettazione
sulla conoscenza e sull’utilizzo ad alto livello delle informazioni di
diagnostica, i vantaggi possono essere notevoli. Grazie ai nuovi
standard Namur e alle tecnologie implementative, l’accesso alla
diagnostica non conosce limiti pur rimanendo semplice. Non abbiamo più scuse.
Nota: Gli autori sono dell’Università di Brescia, del Centro di Competenza
Profibus/Profinet Csmt Gestione Scarl, e fanno parte del Comitato Tecnico
Fieldbus&Networks (*)
57
Fieldbus & Networks
(
)
Sicurezza
RETI DI FABBRICA
E SICUREZZA:
LA CYBER SECURITY
SE IN PASSATO I SISTEMI DI CONTROLLO
INDUSTRIALI ERANO ISOLATI DAL MONDO
ESTERNO, OGGI LA LORO COMMISTIONE CON
L’IT AZIENDALE È SEMPRE MAGGIORE, DA QUI IL
PROBLEMA DELLA SICUREZZA
di Giancarlo Carlucci, Massimo Daniele
I
sistemi informatici aziendali e i sistemi di controllo industriale sono
stati culturalmente e fisicamente
separati per decenni. Tradizionalmente le architetture dei sistemi
di controllo erano sviluppate con tecnologia proprietaria e molto spesso
erano isolate dal mondo esterno; come
conseguenza, la protezione del sistema
da agenti esterni non era una preoccupazione primaria.
58
Oggi invece il controllo dei processi è
migrato verso sistemi aperti che utilizzano tecnologie standardizzate, come i
sistemi operativi Microsoft Windows e i
protocolli di rete Ethernet TCP/IP, al fine
di ridurre i costi e migliorare le prestazioni. Inoltre, le comunicazioni dirette tra
sistemi di controllo industriale e sistemi
aziendali di gestione amministrativa si
stanno facendo sempre più strette, al
fine di migliorare l’efficienza operativa e
gestire le risorse di produzione in modo
più conveniente. In particolare, Ethernet
e i suoi protocolli TCP/IP forniscono ai sistemi di controllo dei processi industriali
nuove e attraenti funzionalità, quali applicazioni integrate in rete attraverso dispositivi intelligenti, PLC con Web server
incorporati per l’accesso remoto, connettività wireless, accesso remoto per la
manutenzione, software per la gestione
automatizzata, controllo distribuito, accesso immediato a informazioni da altri
sistemi aziendali ecc.
Questa evoluzione tecnologica ha potenzialmente esposto i sistemi di controllo
industriali a vulnerabilità e attacchi
informatici che precedentemente interessavano solo i sistemi IT. Per questo,
il problema della sicurezza dei sistemi
industriali è sempre più sentita oggi;
ad esempio, negli USA queste esigenze
hanno portato alla definizione di standard
quali Nerc CIP002, imposto dall’ente
regolatore per il settore infrastrutture
elettriche, oppure di linee guida come
ISA-SP99, che indica come sviluppare e
misurare i livelli di sicurezza dei sistemi
hardware e software.
I sei punti per una rete
sicura
Secondo il Bcit (British Columbia Institute of Technology di Vancouver in Canada - E. Byres 2008) i virus informatici
si diffondono in ambito industriale per
il 49% attraverso i PC e più in generale
L’offerta PlantStruxure
di Schneider Electric
si sviluppa proprio
come soluzione per
l’integrazione di ogni
livello del processo
produttivo di
un’azienda
tramite supporti esterni,
utilizzati per lo sviluppo
o la manutenzione dei
sistemi (per esempio
le chiavette USB). Solo
il 17% delle ‘infezioni’
informatiche deriva
da una connessione
diretta alla rete Internet. Inoltre, secondo il
database del Risi (The
Repository of Industrial
Security Incidents), che
raccoglie gli incidenti
informatici relativi alla
cyber-security, il 75%
degli incidenti è di natura non intenzionale.
Detto questo, la protezione dei beni strumentali e delle persone è responsabilità
dell’utente finale, che deve adottare
gli standard di sicurezza migliori sul
proprio sistema. È invece responsabilità del fornitore di tecnologia fornire
le raccomandazioni e le metodologie
da seguire per integrare nei prodotti e
nelle soluzioni adottate le soluzioni di
sicurezza necessarie.
PlantStruxure, l’offerta di Schneider Electric per il process ed energy
management, nasce e si sviluppa
appositamente come soluzione per l’integrazione di ogni livello del processo
produttivo di un’azienda, attraverso il
networking basato su Ethernet TCP/
IP, vera e propria spina dorsale per la
connessione dal sistema MES (e ERP)
allo strumento di campo. Questa piattaforma risponde ai requisiti di sicurezza
contro le intrusioni attraverso l’approccio DiD (Defence in Depth) che si sviluppa su sei principi cardine.
Prima di tutto la realizzazione di un ‘se-
curity plan’, per indicare le vulnerabilità
del sistema, le procedure e le politiche
adottate dallo stesso sistema per il recovering dell’eventuale incidente. La
fase di design è la più importante, in
quanto incide fortemente su quelle che
sono le prestazioni dell’infrastruttura,
il suo mantentimento e lo sviluppo futuro. Il secondo passo riguarda la ‘netwotk separation’, ossia attuare una
piena separazione tra l’automazione di
processo e controllo del sistema (Iacs)
e altre reti interne o esterne attraverso
la creazione di zone delimitate (VPN) da
firewall o router, limitando così il traffico dati in entrata e in uscita a quello
essenziale e autorizzato.
Per la ‘perimeter protection’ si possono
utilizzare firewall di terza generazione
(stateful inspection) al posto di firewall
di seconda generazione (proxy), salvaguardando i punti nevralgici dell’infrastruttura di rete. Con la ‘network
segmentation’ si autorizza solo il trafFEBBRAIO 2013 FIELDBUS & NETWORKS
fico dati essenziale all’interno di ogni segmento
della rete, utilizzando la
giusta architettura per la
connessione dei dispositivi di campo, i giusti prodotti per la connettività
e i giusti servizi integrati
(come Snmp V3).
Segue la ‘device hardening’, ossia l’impiego di
dispositivi intelligenti che
implementino e distribuiscano servizi o più in
generale controlli, direttamente sul campo. Infine, ‘Monitoring&Update’
L’offerta PlantStruxure di Schneider
Electric si sviluppa proprio come
soluzione per l’integrazione di ogni
livello del processo produttivo di
un’azienda
indica la continua supervisione e aggiornamento dell’infrastruttura di rete
attraverso update sui prodotti e sulle
soluzioni, nonché l’evoluzioni tecnologiche e delle relative competenze.
Tutto questo implica che le aziende
siano sempre più diligenti nello sviluppare e proteggere i loro business attraverso piattaforme hardware e software
in grado di evolversi coerentemente
con gli standard di mercato e sfruttando le opportunità d’integrazione e
sicurezza che le tecnologie IT indiscutibilmente possono portare ai sistemi di
automazione.
Schneider Electric
59
TRACCE DA SEGUIRE...
di Mariano Severi
LE TECNICHE DI LOCALIZZAZIONE OUTDOOR SONO
OGGI NORMALMENTE IMPIEGATE IN SVARIATI
AMBITI, L’INDUSTRIA È PERÒ PIÙ INTERESSATA
ALLA LOCALIZZAZIONE INDOOR
L
a diffusione su larga scala in ambito consumer di navigatori alle illustrazioni delle opere esposte senza bisogno di una audio-guida.
satellitari e sistemi di geo-localizzazione in tempo reale ha Di contro, i gestori degli edifici pubblici potrebbero ottimizzarne l’orgaormai reso familiare a tutti la tecnologia GPS (Global Posi- nizzazione; in un centro commerciale potrebbero identificare i percorsi
tioning System). Partito nel 1973 per superare i limiti dei tra- più frequentati o tracciare le abitudini dei visitatori per pianificare medizionali sistemi di navigazione, il progetto GPS è diventato glio le iniziative speciali e di marketing, allo scopo di incrementare la
completamento operativo nel 1994 anche per scopi civili. È corrente- soddisfazione del cliente e, di conseguenza, le vendite.
mente gestito dal Governo americano e si basa su una costellazione
di satelliti che inviano segnali al ricevitore di terra per consentirgli la La localizzazione indoor
geo-referenziazione. È certamente il sistema più diffuso, ma vi sono IPS (Indoor Positioning System) è l’acronimo sotto il quale si possono
raccogliere tutti i sistemi di localizzazione in amanche altre iniziative analoghe portate avanti al
bienti chiusi. Spesso il termine viene usato unitadi fuori degli Stati Uniti. Tra queste, una delle
mente all’altro acronimo Rtls (Real Time Locating
più interessanti è Galileo, condotto dall’Unione
System), che dovrebbe però rappresentare, più
Europea e dall’Agenzia Spaziale Europea, che
nello specifico, i sistemi conformi allo standard
dovrebbe raggiungere la precisione di localizISO/IEC24730, basato su tag attivi e protocollo
zazione di 1 m. Il progetto è agli inizi: i primi
di comunicazione wireless a 2,4 GHz. In realtà,
quattro satelliti della costellazione sono stati
essendo questo un campo di ricerca piuttosto
messi in orbita nell’ottobre 2011. Sebbene utile
recente, non si è ancora affermato un vero e proin diversi settori e soprattutto come ausilio alla
Fonte: www.extremesoftware.it
prio standard, nemmeno de facto, vi sono però
navigazione, la tecnologia di localizzazione sadiverse soluzioni che fanno uso di diverse tecnotellitare è tuttavia limitata all’impiego su aree
logie. Una delle più semplici è forse quella del
aperte e con una risoluzione nella localizzazione
‘dead reackoning’ o determinazione del punto
che attualmente è dell’ordine di qualche metro. L’ampia diffusione dei sistemi di
stimato. L’idea di base è che il tag agganciato
Non può invece essere adottata per gli ambienti geo-localizzazione ha reso familiare
a tutti la tecnologia GPS (Global
all’oggetto (o persona) da tracciare sia dotato di
chiusi, prevalentemente a causa della debolezza
Positioning System)
sensori inerziali come accelerometri, giroscopi,
del segnale ricevuto. Proprio in questo tipo di
applicazioni, però, si è visto di recente un interesse crescente da parte magnetometri o altimetri. La posizione può quindi essere determinata
delle industrie e non solo. Basti pensare che Google Maps, in una delle sulla base degli spostamenti rilevati da questi, una volta che siano noti
ultime revisioni rilasciate per i dispositivi mobile, ha incluso mappe di il punto di partenza, segnalato manualmente o mediante, per esempio,
alcuni edifici pubblici. Le possibilità di applicazione sono infinite: si po- GPS, e la mappa dell’area locale. I vantaggi principali di tale metodo
trebbero ottimizzare i percorsi all’interno di un megastore in funzione consistono nell’assenza di un’infrastruttura di rete di sensori esterni,
nell’elevata accuratezza, nella prontezza nella risposta e, soprattutto,
della lista di cose da acquistare, oppure programmare la visita in un
museo accedendo automaticamente dal proprio dispositivo portatile nella tutela della privacy. Il tag infatti non deve scambiare informazioni
60
Fonte: Impronte (Marco Caccia) milotec.tumbir.com
Fieldbus & Networks
Qualche alternativa
Gli stessi principi di localizzazione mediante rete WiFi prima indicati si
possono applicare a una rete di dispositivi Bluetooth, Zigbee o di tag
Rfid attivi. Il vantaggio, nel caso di una rete Bluetooth, è che i punti di
accesso sono tipicamente più diffusi sull’area, a causa del range di
copertura più basso, per cui è possibile ottenere una localizzazione più
precisa. Lo svantaggio principale è la lentezza della misura, legata ai
tempi delle procedure di ‘enquire’ e ‘paging’ dello standard Bluetooth.
Piuttosto pronta è invece la risposta di una rete Zigbee, tipicamente
inferiore a 30 ms. Sistemi di localizzazione mediante tale tecnologia
forniscono inoltre eccellenti prestazioni in condizioni critiche, grazie
all’utilizzo del protocollo Ieee 802.15.4, e supportano architetture tolleranti a fault. Il supporto per reti mesh self-heating complesse assicura
poi un’ampia copertura dell’area locale, mentre la bassa dissipazione
di potenza garantisce un’elevata autonomia dell’alimentazione a batteria. Scarsa immunità ai problemi d’interferenza e la necessità di un
numero elevato di rivelatori a causa del corto raggio della connessione
Zigbee sono invece i principali svantaggi. Non trascurabili, come nel
caso delle altre soluzioni wireless viste, sono poi i problemi di sicurezza
e affidabilità delle reti stesse, che potrebbero rendere il servizio non
disponibile in condizioni critiche o sotto attacco. Se si adottano invece
tag Rfid attivi, la rete di sensori finisce per essere dedicata all’applicazione, perciò può essere protetta come meglio si ritiene; di contro, ciò
comporta la dipendenza dal fornitore e la non interoperabilità di diverse soluzioni, come conseguenza di una mancata standardizzazione.
Reti di localizzazione Rfid con tag attivo possono operare, oltre che
Fonte: www.zeusnews.it
Fonte: Impronte (Marco Caccia) milotec.tumbir.com
con altri sensori durante il tragitto, quindi non potrà essere registrato
da altri. Gli svantaggi principali sono, invece, prevalentemente dati
dall’elevato consumo di potenza del tag per le misure e l’elaborazione
dei dati, che riduce l’autonomia nelle applicazioni con alimentazione a
batteria, dalla complessità delle compensazioni dei drift nelle misure
di velocità e direzione degli spostamenti, dalla necessità di una determinazione accurata della posizione di partenza.
Un metodo diverso si basa sulla tecnica di ranging Rssi (Received
Signal Strength Indicator) applicata a una rete WiFi eventualmente
presente nell’area locale. L’idea di fondo è misurare l’intensità del
segnale trasmesso tra il tag associato all’oggetto e uno o più punti
di accesso alla rete. La potenza di tale segnale decresce infatti con
la distanza dalla sorgente. Il sistema può operare in modalità client
o server. Nel primo caso, il tag capta il segnale di beacon emesso
periodicamente dagli access point e ne misura la potenza, nel secondo
invece invia ai punti di accesso un messaggio proprietario o standard,
anche una ‘probe request’, e sono questi a determinare l’attenuazione
del segnale. In entrambi i casi le misure di potenza sono inviate a un
centro di elaborazione demandato a determinare la posizione del tag.
Vi sono diversi metodi di elaborazione per questo. Il più semplice è
quello di associare al tag la posizione del punto di accesso corrispondente al segnale d’intensità maggiore. Più preciso è però il metodo di
trilaterazione, che utilizza le distanze da tre diversi punti di accesso
per triangolare la posizione. In alternativa (metodo ‘fingerprint match’)
il nodo centrale può disporre di un database dove sono registrate le attenuazioni dei segnali provenienti da diversi punti di accesso in diversi
punti dell’area. Confrontando i valori misurati con i dati nel database è
possibile stimare la posizione corrente. Nelle soluzioni più complesse,
poi, alla rete di punti di accesso WiFi si può affiancare una rete di tag
di calibrazione e segnalamento, posizionati in locazioni fisse e note,
che consentono di correggere le misure di attenuazione del tag in movimento. Il vantaggio principale di un sistema di localizzazione mediante rete WiFi è il costo decisamente inferiore, in quanto non sono
richieste installazioni ad hoc: la rete è già esistente e utilizzata per altri
scopi. Poi non è necessario un tag specifico, in quanto l’applicazione
può essere installata anche su un normale dispositivo mobile dotato
di connettività wireless.
Se si trascura il carico di dati imposto alla rete WiFi per la comunicazione tra punti di accesso e tag e il fatto che le reti stesse non siano
pensate all’origine per tale scopo, quindi non consentano un’elevata
accuratezza di localizzazione, gli svantaggi principali della tecnica appena descritta derivano dalle limitazioni del metodo di ranging Rssi
adottato. Effetto doppler, fenomeni di aliasing e fading da cammino
multiplo, oltre alle variazioni delle condizioni ambientali di temperatura
e umidità, influiscono significativamente sulla bontà della misura di
attenuazione del segnale e riducono la precisione della localizzazione.
Il problema può in parte essere risolto adottando un metodo di ranging
alternativo, come quello del Tdoa (Time Difference Of Arrival), ma in
questo caso il parametro determinante per l’accuratezza della misura
diventa la latenza di risposta al punto di accesso e nasce la necessità
di specializzazione della rete WiFi.
La geo-localizzazione
è utile in diversi
settori, soprattutto
come ausilio alla
navigazione, ma il
suo uso è limitato ad
aree esterne e aperte
sulla base di misure Rssi, mediante stime del tempo di volo (Time
Of Flight), del tempo di arrivo (Time Of Arrival) o dell’angolo di arrivo
(Angle Of Arrival) del segnale. Sul metodo Rssi sono invece basati i
sistemi che utilizzano Rfid passivo. Nell’architettura distribuita l’area
locale è popolata da una rete di ricevitori Rfid e da un trasmettitore utilizzato per energizzare il tag passivo. Negli schemi ad accoppiamento
stretto, invece, sono presenti più dispositivi interrogatori, impiegati per
misurare la distanza del tag da loro. I vantaggi principali di tali reti Rfid
con tag passivo sono la buona accuratezza, inferiore anche a 1 m, il
basso costo del tag e la possibilità di integrare questo in praticamente
ogni tipo di oggetto. Tuttavia, la tolleranza ambientale di tali dispositivi
è piuttosto scarsa, la banda nella quale operano, tra 860 e 960 MHz
nello spettro ISM, è piuttosto affollata e manca una standardizzazione
di fondo che ne favorisca la diffusione. Nel caso delle architetture ad
accoppiamento stretto, poi, il traffico di rete generato è piuttosto elevato e sono richieste capacità estese per l’elaborazione dei dati per la
localizzazione. Oltre ai metodi appenda descritti ve ne sono altri che
utilizzano tecnologie basate su comunicazioni UWB o segnali acustici.
Nel primo caso, per esempio, il tag invia periodicamente una serie di
impulsi con frequenza tipicamente inferiore a 100 MHz, che vengono
rilevati dai sensori di posizione dislocati nell’area. La posizione del tag
viene quindi stimata mediante metodi AOA, Tdoa o TOA.
L’utilizzo di segnali a banda ultra-larga permette in questo caso di ottenere un’elevata risoluzione della localizzazione, fino anche a qualche centimetro, assicura l’operatività anche in ambienti dove siano
presenti materiali riflettenti, come nelle installazioni manifatturiere,
e non soffre d’interferenza con altre applicazioni radio. Risulta inoltre
immune a fading da cammino multiplo, tuttavia è necessaria una visibilità diretta (‘line of sight’) tra i diversi ricevitori o una loro connessione mediante cavo.
Fonti: www.wikipedia.org, Ajay Malik, “RTLS For Dummies”, Wiley Publishing, 2009
61
L’
irrompere sulla scena della comunicazione industriale di protocolli
Ethernet-based anche per applicazioni di controllo di processo e
manufatturiero ha fatto sì che si
prospettino all’orizzonte nuove applicazioni in termini di reti, in particolare si rendono possibili le
cosiddette reti ‘ibride’. Con rete ibrida si intende
una rete industriale multiprotocollo che condivide
un’infrastruttura comune. Il grande vantaggio offerto dalle reti ibride è quello di avere un’unica
infrastruttura di rete sulla quale appoggiare l’intero traffico, pur mantenendo le prestazioni attese da ciascun protocollo. Questo ovviamente è
possibile unicamente usando come mezzo fisico
Ethernet, che garantisce una larghezza di banda
sufficiente per la coesistenza multiprotocollo e
che assicura le prestazioni. Per verificare queste
ultime, nel laboratorio MaiLab dell’Università di
Genova è stata costruita una rete ibrida di prova
che supporta i seguenti protocolli con esigenze di
realtime: IEC 61850 (standard per la comunicazione delle sottostazioni elettriche) e Profinet I/O
(standard per l’automazione industriale); a questi
due protocolli è stato aggiunto del traffico non realtime di tipo TCP/IP proveniente da videocamere
per la sicurezza. Una rete di questo genere rappresenta la soluzione più semplice ed economica
per integrare tutti i mondi che possono essere
presenti in un’azienda: controllo di processo, supervisione della distribuzione elettrica e sistemi
di sicurezza.
www.blog.caplinked.com
Fieldbus & Networks
COESISTENZA…
FRA LE RETI
LE RETI DI COMUNICAZIONE IBRIDE SI PRESENTANO
COME LA ‘NUOVA GENERAZIONE’ DELLA
COMUNICAZIONE INDUSTRIALE
di Micaela Caserza Magro*, Paolo Pinceti *
precludere le prestazioni realtime
richieste dai protocolli stessi, oltre
a garantire il funzionamento dei
diversi protocolli senza provocare
malfunzionamenti o fermate. L’interesse per le reti ibride è molto
forte in quanto il loro impatto è
notevole sulle architetture e le
installazioni future. Rappresentano infatti la migliore soluzione
per l’implementazione delle reti di
comunicazione: utilizzo di un’unica
infrastruttura, semplificazione del
cablaggio e, soprattutto, uniformità della tipologia d’infrastruttura
sull’intero impianto industriale.
Come anticipato, la rete ibrida di
test è stata configurata utilizzando
i due protocolli industriali realtime
IEC 61850 e Profinet I/O, questo
Fig. 1 - Struttura dello standard IEC 61850
Le reti ibride
permette di integrare sulla stessa
Una rete ibrida utilizza un’infrastruttura Ethernet condivisa per la trarete tutti i componenti tipici di un sistema di automazione: Scada, PLC
smissione di protocolli di comunicazione diversi. Lo scopo del lavoro
e/o SoftPLC, switch Ethernet, dispositivi di I/O interfacciati con un
qui presentato è verificare se due o più protocolli Ethernet-based posprotocollo di comunicazione industriale, in questo caso Profinet I/O,
sono coesistere sulla stessa infrastruttura di comunicazione senza
dispositivi elettrici intelligenti (IED) interfacciati con un protocollo di
62
www.blog.caplinked.com
comunicazione industriale dedicato, in questo caso IEC 61850. I vantaggi per gli utilizzatori di una rete ibrida sono costituiti dal disporre
di un’architettura di rete molto semplice; un’infrastruttura di rete condivisa, con utilizzo di cavi standard; componenti di rete standard; possibilità d’integrazione di altre applicazioni (ERP, streaming video dalle
telecamere di videosorveglianza ecc.). Infine, ogni protocollo funziona
in modo nativo e non vi è bisogno di inserire nell’infrastruttura di rete
gateway o interfacce di comunicazione che possono ridurre le prestazioni temporali del protocollo.
I protocolli implementati: IEC 61850
Lo standard IEC 61850 è nato con lo scopo di eliminare la grande
quantità di cablaggi tradizionali presenti in una sottostazione elettrica.
Supporta due tipologie di comunicazione: lo scambio dati realtime necessario per le funzioni d’intervento delle protezioni e controllo; la comunicazione off-line
necessaria per la
configurazione,
parametrizzazione
e diagnostica
dei dispositivi in
campo. IEC 61850
è in realtà una
famiglia di dieci
standard, ognuno
dedicato alla descrizione e standardizzazione di
una particolare
funzione e alla descrizione dei test
di conformità. IEC
61850 definisce
anche i livelli 1 e
2, che sono quelli Fig. 2 - Struttura di un nodo logico
Ethernet sia rame
sia ottico. Oltre ai primi due livelli fisico e data link lo standard definisce il linguaggio di programmazione che deve essere utilizzato per la
configurazione degli IED, chiamato SCL (Substation Configuration Language) basato su XML e che permette di descrivere, in modo standardizzato, tutti gli equipment della sottostazione e delle interconnessioni.
A questo si aggiunga che per ottenere un meccanismo affidabile di
comunicazione è necessario definire in maniera rigorosa il modello dei
dati utilizzati. Proprio per questo motivo il core dello standard consiste
nella definizione delle strutture dati, delle metodologie per accedervi e
di come queste collezioni possono essere assemblate. Con queste basi
diventa anche molto facile garantire l’interoperabilità tra componenti,
infatti, definendo a priori le informazioni e i metodi per accedervi, ogni
dispositivo può facilmente lavorare con qualsiasi altro nodo della rete.
Questa metodologia proviene dal mondo dell’informatica, in cui la definizione delle classi e dei rispettivi attributi e metodi rappresenta la
base per la generazione di un programma ben strutturato.
Come descritto nella sezione 5 le varie funzionalità della sottostazione
vengono suddivise in una serie di nodi logici (Logical Node). Ogni
nodo logico si compone delle classi di dati definite nella sezione 7. Le
Common Data Class (CDC) contengono una serie di attributi con una
semantica prefissata e con una metodologia di scambio predefinita.
L’insieme dei nodi logici costituisce il Logical Device, ovvero la rappresentazione logica di un dispositivo reale, per esempio una protezione.
Lo standard nella sezione 7 prevede l’utilizzo di quattro classi elementari, con i quali è possibile modellare qualsiasi tipo di dispositivo lo-
gico. Le regole per unire questi blocchi sono derivate direttamente da
quelle utilizzate per la composizione delle classi. ‘Server’ rappresenta
il comportamento visibile verso l’esterno di un device. Un server ha
il ruolo di gestire la comunicazione con i client device e inviare informazioni, per esempio le misure campionate, agli altri server. ‘Logical
Device’ (LD) contiene le informazioni gestite e condivise tra diverse
applicazioni residenti nel device stesso, chiamate Logical Node. ‘Logical Node’ (LN) contiene le informazioni necessarie all’implementazione
della funzione a cui il logical node fa riferimento. ‘Data’ rappresenta
il valore d’interesse con tutti gli attributi che servono a descriverlo.
Si può accadere ai dati all’interno di un LN in due modi: attraverso
un meccanismo di tipo client-server (Gomsfe - Generic Object Model
for Substation and Feeder Equipment) utilizzando un generico browser
Web (comunicazione di tipo non realtime); attraverso un meccanismo
di tipo publisher-subscriber (Goose - Generic Object Oriented Sub-
Fig. 3 - Tipologie di comunicazione supportate da PNIO
station Events) per la comunicazione realtime. Questo meccanismo
permette di inviare i dati ogni 4 ms in forma di broadcast; i dati che
vengono trasmessi sono raggruppati all’interno di un data set.
I protocolli implementati: Profinet I/O
Profinet I/O è un protocollo di comunicazione per il controllo dei dispositivi remoti da campo impiegato nel settore dell’automazione
industriale. Ha come peculiarità quello di essere stato progettato
per rispondere ai requisiti provenienti dall’automazione dei processi
manifatturieri, in cui i vincoli temporali e di realtime sono stringenti.
Pertanto, le prestazioni di Profinet I/O devono essere in termini di
tempi di risposta e di numero di oggetti con cui scambiare i dati. Proprio per queste peculiarità è uno switched Ethernet, che garantisce
le prestazioni migliori in termini di risposta temporale. Sua caratteristica principale è supportare tutti i tipi di comunicazione: non realtime,
realtime (RT) e realtime isocrono (IRT), per questo è adatto anche a
essere impiegato in applicazioni in cui sono richieste prestazioni di
hard realtime. Al momento attuale Profinet I/O trova il suo naturale
campo di applicazione nell’ambito del motion control e per creare
una backbone ad alta velocità nel mondo del controllo di processo; si
prefigge l’obiettivo di trasmettere i dati su un’infrastruttura Ethernet
convenzionale (switched), mantenendo però i requisiti prestazionali richiesti dalle applicazioni per cui è nato. I meccanismi che permettono
a Profinet I/O di garantire le prestazioni temporali necessarie, oltre a
supportare traffico non RT, possono essere così riassunti: assegnazione di priorità ai dati che vengono scambiati, accessi differenziati
di sistemi di controllo diversi allo stesso device in campo, descrizione
delle funzioni di comunicazione di ciascun device di campo in un file
standard GSDml (analogo al file GSD per i device Profibus, ma scritto
utilizzando il linguaggio XML) e utilizzo di un meccanismo di scambio
dati di tipo provider-consumer.
Le varie classi di comunicazioni gestite in Profinet I/O sono state divise
in quattro categorie. La categoria ‘Non-RT’ viene considerata per la
63
Fieldbus & Networks
al di sotto del µs, così facendo si conosce l’istante pressoché esatto
d’invio e ricezione di un telegramma IRT-Top. Il determinismo ottenuto prevede precisioni di sincronismo maggiori gestite direttamente
dall’hardware. Una stazione (master Sync) ha il compito di inviare il
telegramma alle altre stazioni appartenenti al dominio di sincronizzazione. La conoscenza della topologia di rete è fondamentale per la
determinazione dei ritardi di trasmissione e, in caso di modifiche sulla
topologia o sui rapporti di comunicazione, è necessario riprogettare la
configurazione.
La rete di prova
Fig. 4 - La rete di prova
trasmissione di dati di configurazione o per implementare cicli con periodo maggiore ai 100 ms, che tollerino fino al 100% di variabilità. Per
la comunicazione si fa affidamento su protocolli standard quali TCP e
UDP. Vengono supportati anche servizi ICT, come la gestione della rete
Dynamic Host Configuration Protocol (Dhcp), diagnosi di rete Simple
Network Management Protocol (Snmp), accesso remoto tramite Web
Hyper Text Transfer Protocol (http) e funzioni di posta elettronica. La
‘RT Classe 1’ può realizzare cicli di pochi ms, tipicamente 1-64 ms, a
La rete di test messa a punto da MaiLab si compone di una rete Profinet, uno Scada, un SoftPLC e un dispositivo Sineax CAM IEC 61850.
La rete Profinet consta di una valigia demo di Gfcc (Genoa Fieldbus
Competence Centre) contenente uno switch Siemens Scalance X208,
quattro Profinet IO collegati in linea, l’alimentazione e i cablaggi. Il
SoftPLC è Straton, un software prodotto da Copa-Data che permette
di interfacciarsi a molti dispositivi che parlano diversi protocolli. Il PC
sul quale è installato Straton è collegato allo switch Scalance tramite
un cavo Ethernet. Straton viene utilizzato come master per configurare
i dispositivi della rete Profinet e per ricevere e pilotare le variabili degli
stessi. Viene anche impiegato per simulare una protezione Siprotec
che si interfaccia tramite IEC 61850. Questo è possibile in quanto Straton implementa il server 61850 e non solo la funzione di client. È stato
quindi possibile tramite il file SCL creare il server 61850 che simula il
dispositivo e permette di modificare i valori delle variabili.
Lo Scada utilizzato è Zenon, sempre prodotto da Copa-Data, che si
collega a Straton e riceve le variabili della protezione visualizzandole
su un sinottico a video e consente di effettuare comandi per pilotare la
Fig. 5 - Rete di test no.1
variabilità contenuta (15%) e si basa sullo standard Ethernet 802.1Q
in cui i dati vengono trasmessi tramite telegrammi Ethernet con priorità; per l’implementazione è sufficiente hardware Ethernet standard.
Nella ‘RT Classe 2’, invece, chiamata anche ‘IRT-Flex’, i frame vengono
trasmessi con o senza sincronizzazione, andando a comportarsi come
la Classe 1. La sincronizzazione consente tempi di ciclo di 1 ms e tutti i
telegrammi possono essere inviati e ricevuti in una finestra temporale
definita in fase di progetto e riservata al solo traffico IRT-flex. Il jitter
massimo si attesta sui 10 µs; l’instradamento dei messaggi è fatto in
base all’indirizzo MAC e serve hardware Asic per la sincronizzazione.
Infine, la categoria ‘RT Classe 3’, denominata ‘IRT-Top’ è la più performante, riservata ad applicazioni di motion control. Rispetto alla Classe
2 si ha una più stringente pianificazione temporale del traffico, ottenuta tramite la sincronizzazione tra il livello di rete e l’applicazione software che gestisce i dati. Il ciclo è selezionabile da un minimo di 250 µs
a un massimo di 4 ms con intervalli di 125 µs. Il jitter è garantito ben
protezione. Zenon si collega anche a un convertitore di misure elettriche Sineax CAM 61850 e, sempre attraverso il sinottico, ne visualizza
lo stato. Allo switch Scalance sono quindi collegati: il PC che esegue
il runtime di Zenon e Straton, la rete Profinet I/O composta dai quattro
dispositivi collegati in linea, il dispositivo Sineax CAM.
La creazione della rete è avvenuta in tre fasi. All’inizio è stata creata la
rete 61850 comprendente Zenon e Straton, poi è stata aggiunta la sottorete Profinet I/O, infine sono stati effettuati dei test per controllare
se i due mondi riuscissero a comunicare. Utilizzando Straton è stata
simulata la protezione partendo dal SCL file e creando un server 61850
che rende disponibili le variabili della protezione stessa al client Zenon,
che si collega al server tramite il driver IEC 61850[6] implementato da
Copa-Data. Tramite l’editor di Zenon è stato creato il sinottico che
mostra a video lo stato della protezione, riportando in tempo reale i
valori delle variabili stVal, q e t; inoltre, è stata creata un’interfaccia
per comandare la protezione. Lo stesso sinottico viene utilizzato per
64
SENSORS & PROCESS
INSTRUMENTATION
2
a SOLUZIONI PER I MONDI DELL’INDUSTRIA E DELLE UTILITIES
Edizione
Fiera Milano Media presenta la II° edizione dell’evento
dedicato alla sensoristica e alla strumentazione di
pprocesso.
&
– Sensors & Process Instrumentation è dedicata a manager, tecnici e ricercatori che
operano in settori quali Oil & Gas, Produzione di
Energia, Trattamento delle Acque, Siderurgico e
Metallugico, Chimico, Farmaceutico, Alimentare,
Cartario, Minerario, Lavorazione della Gomma, della
Plastica, del Vetro, della Ceramica.
La mostra-convegno proporrà un’esclusiva vetrina di
prodotti, sistemi e soluzioni che trovano applicazione
negli impianti industriali e nelle utilities: sensori,
trasduttori, trasmettitori, indicatori, valvole di
regolazione, registratori, regolatori, controllori,
attuatori, strumenti e sistemi completi per la misura di
tutti i parametri di processo.
Accanto alle soluzioni per le misure di processo uno
spazio speciale sarà dedicato alla strumentazione per
l’analisi e il laboratorio: apparecchiature e strumenti
per determinare il pH, la torbidità, la conducibilità, la
presenza di ossigeno, analizzatori di TOC, titolatori,
gascromatografi, spettrofotometri, densimetri e
viscosimetri, campionatori ecc.
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La partecipazione ai seminari e alla mostra è gratuita,
così come la documentazione e il buffet
LA MOSTRA
PATROCINIO RICHIESTO A:
In uno spazio specifico sarà allestita un’esposizione
a cura delle aziende partecipanti, in cui sarà possibile
confrontarsi con l’attuale offerta commerciale.
IL CONVEGNO
Nel corso della giornata si susseguiranno seminari
tecnici tenuti dalle aziende espositrici della durata di
30 minuti ciascuno.
I CONTENUTI
Il programma, l’agenda e i titoli dei seminari saranno
aggiornati, man mano che verranno confermati,
sul sito.
26 GIUGNO 2013 - MILANO
Per informazioni: Tel. 02 49976518 – 02 49976533 – Fax 02 49976572
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monitorare il dispositivo Sineax CAM, riportando in tempo reale i valori
delle variabili di stato stVal, q e t dei digital input del dispositivo.
Alla rete 61850 è stata collegata la rete Profinet I/O aggiungendo e
configurando i dispositivi in Straton. In questo modo, Straton ha sia le
variabili della rete 61850, sia quelle dei dispositivi Profinet I/O (I/O digitali). Si è quindi passati a creare una logica tra le variabili delle due reti
in modo che potessero comunicare tra loro. La logica implementata ha
il fine di integrare i due mondi, così un comando Profinet I/O su un bit
di input va a pilotare un interruttore della protezione 61850 che, a sua
volta, comanda un bit di output di un dispositivo Profinet I/O. Una volta
completata la parte di cablaggio e configurazione della rete si è passati
a testare se la rete e la logica implementata permettessero l’integrazione tra i due protocolli e la comunicazione tra i diversi dispositivi.
I risultati ottenuti
Sono state realizzate tre architetture di rete con diversi livelli d’integrazione e in ognuna di esse è stato possibile configurare, comandare
e monitorare i dispositivi periferici. Le configurazioni testate variano
Profinet comunica con i quattro dispositivi Profinet, mentre lo Scada
comunica con il dispositivo Sineax CAM; la comunicazione tra lo Scada
e il server 61850 avviene all’interno del PC. Questa configurazione si
differenzia molto dalla precedente, in quanto in questo caso il SoftPLC
contiene sia le variabili 61850 della protezione Siprotec, sia le variabili
della rete Profinet I/O; ciò permette di realizzare a livello di SoftPLC
delle logiche di scambio dati tra le due reti. Si tratta di un’architettura di rete meno comune, in quanto sullo stesso PC si hanno sia la
parte supervisione, sia la parte di controllo. È il passaggio intermedio
verso la prossima configurazione testata, che prevede la divisione dello
Scada e del SoftPLC su due PC. Rete di test 3: questa configurazione
differisce dalla precedente in quanto è stata divisa la parte di supervisione, ora installata sul secondo PC, dalla parte di controllo, che risiede
sull’altro PC. In questo modo, si torna a un’architettura simile a quella
della prima configurazione. Questa configurazione però permette un
controllo superiore sulla rete rispetto alla prima, nella quale il PLC era
in grado di gestire solo la rete Profinet: in questo caso, utilizzando il
SoftPLC che ha a disposizione il driver per IEC 61850, si possono gestire
i dispositivi che si interfacciano ai due protocolli facendoli interagire.
Conclusioni
Quanto descritto dimostra come sia possibile integrare tra di loro i
due protocolli Profinet I/O e IEC 61850 sulla stessa rete ibrida. È stato
anche mostrato come sia possibile ottenere differenti livelli d’integrazione tra i due protocolli. Le possibilità architetturali offerte dalle reti
ibride sono svariate, anche se le tre riportate e studiate sono quelle
di maggiore interesse per le applicazioni industriali. Inoltre, le archi-
dalla semplice coesistenza tra i due protocolli sulla stessa rete, alla
possibilità di realizzare logiche d’interscambio dei dati provenienti
dalle periferie interfacciate con i due diversi protocolli. Rete di test 1:
nella prima configurazione viene utilizzato il PLC nativo Siemens Simatic s7-300 della valigia PN1 per generare traffico di rete Profinet. Il PLC
configura la rete Profinet I/O assegnando gli indirizzi IP ai dispositivi e
configurando gli stessi; il programma che viene eseguito dal PLC forza
anche gli output dei dispositivi in modo periodico.
Alla rete Profinet è stato collegato il PC con Zenon e il dispositivo
Sineax CAM con le configurazioni precedentemente. In questa configurazione, attraverso lo switch passano sia il protocollo IEC 61850,
sia Profinet I/O, ma i due protocolli non condividono lo stesso cavo
Ethernet per comunicare. I dispositivi sono nella stessa rete ma non vi
è comunicazione tra la parte Profinet I/O e la parte 61850.
Questa configurazione corrisponde a un’architettura che separa la
parte di automazione da quella di supervisione, come avviene negli impianti tradizionali. Permette al PLC di eseguire il proprio ciclo, andando
a scrivere e leggere sugli I/O periferici, e allo Scada di monitorare il
dispositivo Sineax CAM, ricevendo con comunicazione spontanea le
variazioni di stato delle variabili acquisite. Rete di test 2: con questa
configurazione si è andati a sostituire il PLC Siemens con un master
Profinet implementato con SoftPLC ed è stata aggiunta la protezione
Siprotec, simulata sempre tramite Straton utilizzando il server IEC
61850. Con questa configurazione si ha il passaggio di entrambi i
protocolli sul cavo Ethernet uscente dal PC verso lo switch; il master
66
Fig. 8 - Architettura di rete ibrida
tetture di rete ibride si prestano a integrare lo streaming video, supportando la videosorveglianza e le applicazioni di security nella rete di
automazione. Ciò risulta molto interessante, poiché permetterebbe di
gestire tutto l’impianto di automazione utilizzando un’unica rete ibrida.
Come è possibile vedere in figura 8 si utilizza una sola rete ibrida per
gestire tutti i componenti di una sottostazione elettrica; si hanno infatti parte elettrica, parte di automazione gestita dal PLC, telecamere
di sorveglianza e Scada che comanda e controlla i dispositivi della
rete. Questa è solo una delle possibili architetture che si potranno realizzare. Le grandi possibilità che si aprono con la definizione delle
reti ibride interesseranno anche il mondo della sicurezza funzionale: la
possibilità di far coesistere su una rete ibrida un bus in sicurezza con
altri non in sicurezza.
Nota: Gli autori sono del Dipartimento Diten, Università di Genova e fanno parte del
Comitato Tecnico Fieldbus & Networks (*)
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